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热处理论文:发电机集电环发热处理论文
电刷在集电环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。因为这层氧化膜的存在，改变了电刷与集电环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。氧化膜是一种复合薄膜，其组成成分与电刷型号及集电环的材料成分有关。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范围内，一般为25nm.用电子显微镜观察发现，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触，一般接触面只有电刷总面积的千分之几左右。接触面积的大小，由电机的转速、集电环材质的硬度、加工精度、偏摆度、电刷的材质、电刷上的压力大小等因素来决定。
有研究发现，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。
氧化膜具有非常好的润滑性能，电刷与集电环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜，这层石墨膜，将电刷与集电环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生，减少了电刷的磨损。电刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。
一、电刷及集电环常见故障的原因及解决办法
电刷在运行中最常见的故障为发热、产生火花、严重的烧损电刷刷握及集电环。从产生过热故障的原因看，主要有以下几个方面：
1、由于通风不良导致的发热：通风不良主要是因为冷却风道堵塞，集电环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因，尤其是当运行中集电环表面温度过高时，导致电刷磨损加剧，碳粉积聚增加，有可能会堵塞上述集电环表面的散热通道。因此在大小修时，应对集电环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理，保持通畅。对于经过多次车削的集电环，如果集电环表面的通风沟高度不到5mm，已经车削到径向限制孔时，就应当按照说明书根据最小使用外径进行更换，以保障集电环的机械及散热性。
2、由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热：集电环和电刷是通过相互滑动接触导通励磁电流的，根据容量及型号的不同，每个集电环上大约分布着数十只电刷，由于接触电阻的不同，电流分配的差异，会导致发热不均匀，有以下几个原因：（1）电刷与滑环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。可通过测量单个电刷总压降、电刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。同时检查回路中各螺丝是否紧固。检查电刷接触面的清洁程度，是否存在油污污染。（2）电刷压力不均匀或不符合要求，可能有电刷过短、弹簧由于过热变软老化失去弹性等原因。应使用弹簧秤检查电刷压力。恒压弹簧应完整无机械损伤，压力应符合其产品的规定，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5％；非恒压的电刷弹簧，有规定时压力应符合其产品的规定，当无规定时，应调整到不使电刷冒火的低压力，一般为140－250g/cm2，同一刷架上每个电刷的压力应均匀。（3）集电环与转子引线接触电阻过大，这种情况应对集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。（4）电刷材质不良、导电性能差、使用的型号不符合要求或者使用了不同型号的电刷。同一电机上应使用同一型号、同一制造厂的电刷，对于外观检查有明显差异的电刷应更换。
3、由于机械及摩擦等原因造成的过热：集电环与电刷过热故障中，很大一部分是由于机械及摩擦等原因导致的过热，如果在开机时还未加励磁，就已经发现集电环与电刷温度高，或者在运行中温度过高，拔出几只电刷后，温度反而降低，那就基本可以肯定是由于机械及摩擦原因导致的。机械及摩擦导致发热的情况很复杂，主要有以下几个方面：（1）电刷接触面研磨不良或运行中一次更换过多的电刷。运行中更换电刷，在同一时间内，每个刷架上只允许更换1－2个电刷。换上的新电刷应事先在与集电环直径相同的模型上研磨好，且新旧牌号须一致。如果在大修时一次更换的电刷很多，应当在投运前冲转时，为电刷表面形成氧化膜留够充足的时间。（2）电刷与集电环接触面过小，接触面积一般不应小于单个电刷截面的75％。（3）电刷在刷盒中摇摆或动作卡涩。电刷在刷握内应能上下自由移动，其间隙应符合产品的规定，当无规定时，其间隙可为0.10－0.20mm.电刷外形要方正，上下端尺寸误差不得大于0.05mm.（4）刷握与集电环表面间隙过大。由于电刷材质较脆，当刷握与集电环表面间隙过大时，运行中电刷不能整体接触集电环，与集电环呈斜面接触，容易造成电刷崩裂的情况。刷握与集电环表面的间隙应符合产品技术要求，当产品无规定时，其间隙可调整为2－3mm.调整间隙时，可使用一层2－3mm厚的橡胶垫附在集电环表面，将刷握抵到橡胶垫上，然后上紧定位螺丝，取出橡胶垫。
二、几起集电环、电刷故障的分析及建议
1、加强对电刷表面氧化膜的认识，创建其形成和正常工作的条件：近期发生的几起故障，主要原因是因为电刷表面的氧化膜润滑层无法形成，氧化膜的形成需要一些条件，当条件不满足时，氧化膜无法形成或形成不良，主要有以下几个原因：（1）温度过高：电刷的氧化膜一般在70℃左右较易形成，当集电环、电刷出现过热故障时，通常温度都在150℃以上，此时即便换上新的电刷，氧化膜也不易形成，无法起到润滑作用，电刷磨损将加剧，导致温度继续升高，成为恶性循环。此时可采取外部强迫降温的方法，譬如涂抹凡士林、大功率风扇通风等手段，使集电环温度降到正常范围内，持续一段时间，让电刷表面氧化膜逐渐形成，使之进入良性循环状态。（2）冷却空气中有污染性杂质：空气中的杂质对电刷表面氧化膜的形成将带来不利影响，这些杂质包括：硫化物或卤族元素的腐蚀性气体、空气中油气混合物、粉尘、铁屑、铁锈粉尘、碳粉等其他杂质。电刷磨损时，本身会产生碳粉的粉尘杂质，可采用在刷架罩冷却通风循环通道上安装过滤装置来改善刷架罩内的空气质量。（3）空气湿度太低或含氧量太低：电刷表面氧化膜的形成需要空气中有一定的水分含量，即空气湿度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要与空气中的氧气发生氧化作用而产生，当含氧量过低时也不利于氧化膜的形成。
氧化膜无法形成或形成不良除与上述因素有关外，还有电刷过度研磨、使用溶剂进行擦拭、集电环表面光洁度不良以及碳刷材质不合格等原因。
2、电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量：目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求我们在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。
3、生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：加强电刷、集电环系统的专职维护制度，提高专责人的技术水平，严格按照《汽轮发电机运行规程》的要求对集电环、电刷进行检查和运行维护，一次更换电刷的数量要严格控制。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、电刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。
另外，本次会议还就定子绝缘引水管结垢提出分析建议：
1、当发现绝缘引水管结垢很严重时，或者已经影响到常规预试结果时，建议全部更换新的绝缘引水管。
2、发电机每次大修结束后，开机前定子水系统应使用除盐水进行带压力反复冲洗，直至排水清澈无颗粒，电导率合格。
3、发电机正常运行期间累积运行时间达到两个月遇有停机机会时，对定、转子内冷水系统进行反冲洗。
4、完善发电机整个冷却水系统，应尽可能使其密闭循环，运行中水质含铜量高，绝缘引水管内壁脏污结垢主要成分为铜，是因为水路不密闭，长期氧化腐蚀铜管导致。
5、加强运行中水质监控，内冷水质应严格按照运行规程执行。
6、对于水系统问题的解决应主要从平时运行维护抓起，各专业间应进行必要的沟通交流，对相互专业交叉知识部分应当有一定的了解。发电机是一个综合设备，关系到很多的专业层面，在某一个专业看来很重要的问题，也许并不能得到其他专业的重视，这就对设备的安全运行造成了很多隐患。
热处理论文:热处理对微晶玻璃力学性能的影响
过去的几十年我国工业迅速发展的同时，增大了对矿产资源的需求量。而矿产资源开采及选别过程中产生了诸如煤矸石、铁尾矿类大量的工业危险固体废弃物［1］，大量废弃物的堆存带来的诸如土壤、空气和水体污染等一系列的问题。长期以来我国的一次能源消耗中70%来自煤炭。大量的煤炭开采、选别过程中产生了占原煤产量10%～15%煤矸石［2］，大多数的煤矸石被露天堆放在陆地上，2014年统计数据表明，我国煤矸石的堆存量已经达到50亿吨，占地约1.2万公顷［3-4］。而钢铁行业发展中产生的铁尾矿在工业固体废弃物中的比例也越来越大，来自金属矿山的尾矿堆存超过120亿吨，铁尾矿占到了其中的1/3［5-6］。我国煤矸石和铁尾矿的堆存总量接近100亿吨，已经成为一个紧迫的环境问题，因此对它们进行资源化利用是相当必要的。国内外许多研究机构、生产企业对煤矸石和铁尾矿的资源化利用进行了研究与报道，可大多数研究、应用集中在制备传统的低附加值建筑材料如水泥［7］、砖［8］。微晶玻璃具有高耐磨性、耐腐蚀强和机械性能高的细粒度多晶材料［9-10］，被广泛的关注和应用。通常煤矸石和铁尾矿的矿物组成为长石和石英［11-12］，主要化学成分为Fe、Al、Si等，以及其它的Na、Ti等次要与元素，这些矿物和化学元素是制备微晶玻璃所必需的条件。同时，煤矸石和铁尾矿组分中SiO2含量可以达到70%，相比较粉煤灰、高岭土和红柱石等工业废料和矿物质，可以成为低成本的硅源生产微晶玻璃。本文采用熔融法浇铸制备微晶玻璃，同时分析微晶玻璃的结晶行为、微观结构和性能，为研究煤矸石和铁尾矿制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃提供理论依据和技术基础。
1实验原料与方法
1.1实验原料
实验选用房山煤矸石(煅烧后)和山西灵丘铁矿尾矿，其化学成分列于表1。由表1可知，煤矸石、铁尾矿原料中SiO2及Al2O3组分总计为79.35%和62.40%，原料中含有的TiO2，为微晶玻璃晶体成核提供了条件。煤矸石煅烧后其矿物成分以石英和钙长石为主，伴有少量白云母、赤铁矿，铁尾矿的矿物成分以石英为主，伴有角闪石、斜长石等。为改善微晶玻璃使用性能和工艺性能，在煤矸石和铁尾矿主要原料的基础上，加入化学分析纯二氧化硅与氧化铝纯作为成分调整剂，NaNO3与Sb2O3化学分析纯作为澄清剂加入，调质后的基础玻璃的化学成分见表1。
1.2实验方法
1.2.1材料的预处理原状煤矸石经预先破碎至－2mm后烘干至含水率在1%以下，用装料量为5kg质量级配为钢球60kg、钢锻40kg的SM500mm×500mm试验用球磨机粉磨，控制磨后细度为0.08mm方孔筛筛余10%以下，用CD-1400X型马弗炉经750℃煅烧3h去除原料有机杂质。1.2.2微晶玻璃的制备实验将一定配比的原料与成分调节剂、澄清剂等原料置于刚玉坩埚，而后置入CD-1700X型马弗炉，在1500℃下充分融化、澄清，保温180min。将均一的熔浆体浇铸成12cm×12cm×4cm的正方体大块并迅速放入650℃的晶化炉保温2h，以1℃/min降至室温以消除玻璃内应力。在马弗炉内升温至1450℃，并保温4h充分澄清、均化。将均一的熔浆体浇铸成12cm×12cm×4cm的正方体大块并迅速放入650℃的晶化炉保温5h，以1℃/min降至室温以消除玻璃内应力。将上述玻璃大块切磨成6mm×10mm×40mm长条试块。分别置于不同的核化温度(680、720、760、800)℃和核化时间3h、晶化温度(920、960、1000、1040)℃和晶化时间1h条件下，进行强度测试。实验所用的强度测试方法按照GB/T6569－2006《精细陶瓷弯曲强度试验方法》进行。DSC分析采用差热分析仪(STA409C/CDNetzschGertebauGmbH，selb);XRD分析仪为M21X超大功率X射线衍射仪，额定管电压20～60kV，较大额定电流500mA;SEM分析所用仪器为聚焦离子束场发射扫描电子显微镜。
2结果与讨论
2.1热分析与组成
差示扫描量热法(DSC)能够的测定物质与热量有关的物理化学反应，为微晶玻璃的核化和晶化温度的确定提供了重要依据［13］。将1500℃熔融的煤矸石铁尾矿微晶玻璃浆体急冷水淬，制备成水淬渣，经过烘干、破碎、研磨至74μm基础玻璃粉末进行DSC分析。图1为煤矸石铁尾矿基础玻璃的热分析曲线，从图1中可见DSC曲线上有2处明显的与热相关的反应:即745℃的吸热反应和917℃的放热反应。745℃的吸热峰是转变温度，不是核化吸热，而是在热处理中基础玻璃粉末吸热发生软化变形后微观结构重排引起的。实际上，玻璃转变温度为700～800℃温度区间。为了讨论微晶玻璃制备中核化温度的影响，选择核化温度为680、720、740和760℃。917℃处尖锐的放热峰，为玻璃的析晶放热反应，为了讨论微晶玻璃制备中晶化温度的影响，选择晶化温度为900、940、980和1020℃。
2.2核化温度对微晶玻璃结构和性能的影响
玻璃的主晶相的种类和数量被原料成分控制，而玻璃的结构和性能受热处理工艺制度影响［14］。为了优化玻璃的热处理温度，将微晶玻璃在680、720、740和760℃下核化3h，所得的不同核化温度微晶玻璃X射线衍射结果如图2所示。图2曲线(1)中经核化后的微晶玻璃试样，在2θ=26.48°、29.66°与43.22°处显示有晶体小峰，其主晶相为普通辉石(Ca(Mg，Fe，Al)(Si，Al)2O6)，说明玻璃试样中已经有部分晶核的形成。此外，由于XRD谱中含有数目众多的毛刺小峰，说明微晶玻璃中含有一定数量的玻璃相。曲线(2)～(4)中，玻璃试样经720、760和800℃核化保温3h后，微晶玻璃试样析出晶相种类均为普通辉石，但是随温度从720℃升高到800℃，衍射峰呈现逐渐增强趋势，说明析出的普通辉石晶相数量有变化，曲线(4)中经800℃的核化处理后的微晶玻璃试样，其主晶相衍射峰最强。图3为微晶玻璃经1%HF溶液腐蚀、清洗、干燥并喷碳处理，经用扫描电子显微镜对核化后(680、720、740、760℃)保温2h的4组样品进行了SEM和EDS分析图。从图3的SEM中可以观察到微球状颗粒析出，且随着核化温度的升高，微球状颗粒的分布越来越均匀，致密度也相应的提高。从图3(a)中可以看出，核化温度为680℃时开始出现微晶玻璃的单粒状晶体，也出现了几个粒径较大的球状晶粒，晶粒尺寸约为200nm，其中还存在少数晶粒为30～40nm不等的小晶粒，这些微晶粒的出现，预示着试样结晶的开始。对粒状晶体1进行EDS半定量分析，并结合图2的XRD分析可知，该晶体为普通辉石。图3(b)中经720℃核化处理后，微晶玻璃的晶粒开始变小而且均匀化，晶粒尺寸为30～100nm，视域中可见个别形貌清晰的晶粒凝聚的现象，图中左上角的团簇由若干个30～40nm晶粒凝聚而成约100nm微晶粒，同时在右下角区域可见粒径在100nm以下的微球粒。经760℃核化后的微晶玻璃中出现纳米级别的微晶粒数量增多，遍布于整个视域中，晶粒大小更加均匀，晶粒尺寸为50～100nm，图中可见个别粒径较大的晶粒，由若干个30～40nm晶粒团簇凝聚而成，其粒径约200nm。800℃核化后的SEM图3(d)中，可以观察到晶粒比较典型的凝聚成团的现象，晶粒呈现大量凝聚，纳米级的晶粒边界开始消失［14］。由于弯曲强度离散性小，，而且试样容易制备，因而弯曲强度作为考察微晶玻璃强度的主要指标之一［15］。将经过核化保温的4组微晶玻璃试样，以5℃•min－1升温速率匀速升温至900℃后，晶化保温1h，分析核化温度对弯曲强度的影响。经过测得的数据，得到不同的核化温度对微晶玻璃弯曲强度影响的关系图4。从图4中可以看出，在晶化温度为900℃保温1h条件下，试样的弯曲强度呈现为随着核化温度的升高，核化温度为760℃的微晶玻璃试样强度较大，达到204.32MPa。随着核化温度的进一步提高，微晶玻璃的弯曲强度减小，当核化温度达到800℃时，微晶玻璃试样弯曲强度下降到156.47MPa。结合图3可知，随着核化温度的升高，微晶玻璃的晶粒数量呈增大趋势，致密度提高，且晶粒分布越来越均匀，虽然有大量细小均匀的晶粒产生，但微晶玻璃内仍有大量连续的玻璃体存在(由图2可知)，微晶玻璃材料的破坏通常是沿着晶界玻璃体进行的，由于基体内玻璃体的存在断裂强度较大，所以微晶玻璃的弯曲强度较低［16］。760℃核化处理后，微晶玻璃基体内晶粒明显增多，其内部玻璃体减少，玻璃体的连续被打破，晶粒间分布均匀致密，此时微晶玻璃有较大的弯曲强度值。而800℃核化后，微晶玻璃内部的微观组织出现缺陷，这可嫩由于过高的核化温度使得晶粒凝聚、重熔导致微晶玻璃内部过大的组织应力而出现微裂纹，从而使微晶玻璃的弯曲强度下降［16］。
2.3晶化温度对微晶玻璃结构和性能的影响
为了确定微晶玻璃优化的热处理温度，将基础玻璃试样在760℃下核化3h，然后在900、940、980和1020℃晶化处理1h，所得微晶玻璃试样的X射线衍射结果如图5所示。由不同的晶化温度得到的XRD可以看出，在900、940、980和1020℃晶化温度下得到的主晶相为普通辉石(Ca(Mg，Fe，Al)(Si，Al)2O6)。在2θ角等于30°和35°时，XRD曲线中有非晶相引起的比较平缓馒头峰，这说明微晶玻璃试样中不仅存在普通辉石的晶态结构，同时也有未结晶的非晶成分，馒头峰整体比较平缓，说明晶化处理后的微晶玻璃析晶情况良好。随着晶化温度从900℃升高到1020℃，主晶相普通辉石的衍射峰呈现逐渐增强趋势，曲线(3)中微晶玻璃试样在980℃的晶化处理后，主晶相衍射峰最强，当晶化处理温度升高到1020℃时，曲线(4)中的晶体衍射峰减弱。图6为经900、940、980和1020℃晶化处理后的微晶玻璃试样的SEM图。试样经过核化后，通过晶化处理能够使数目众多的晶核形成。经过900℃晶化处理的图6(a)中，有大量形貌接近于圆形形态的晶粒生成，一些晶粒尺寸30～50nm的晶粒团聚在一起，排列紧密，同时视域中左上角还存在一些尺寸约100nm的晶粒，晶体排列相对疏松。随着晶化温度的升高，940℃晶化处理的图片6(b)中可以观察到晶粒比较典型的凝聚成团的现象，大量尺寸约100nm的晶粒之间排列紧密，晶粒间的边界相对于图6(a)晶粒尺寸增大，其形状更趋向规则化且结构致密。这对提高微晶玻璃的物化性能有利，是比较理想的晶化处理结果。与图6(b)相比较，图6(c)中尺寸约100nm的晶粒间相互接触，但晶粒边界清晰可见，图中区域出现两块大的晶粒凝聚，晶粒间的边界开始消失。在图6(d)中，试样随着温度的升高的延长，在整个空间内出现了晶粒的大量凝聚，在团簇体中的某些区域，已经观察不到纳米晶粒的边界，部分晶粒已发生重熔。图7为晶化后的微晶玻璃试样与弯曲强度的关系。可以看出，随着晶化温度的升高，弯曲强度值呈现先增大而后降低的趋势，在980℃时弯曲强度的较大值达到236.63MPa。当晶化温度为1020℃时，弯曲强度下降到199.27MPa。微晶玻璃的力学性质不仅受晶体粒晶(材料构成)的影响，还受到的气孔、裂纹、微应力，玻璃相和自身空隙等的大小、分布、形状和分布状态等因素影响。如将这些影响因素，可以认为，微晶玻璃的粒晶越小，成核密度越大，则强度越高。结合图6可知，随着晶化温度的升高，微晶玻璃试样形成晶粒数量逐渐增多，晶体含量增加，且晶粒分布越来越均匀，致密度提高。在980℃晶化处理后，微晶玻璃基体内产生了大量细小均匀的晶粒，整体析晶状况良好，此时微晶玻璃有较大的弯曲强度值。而1020℃晶化后，微晶玻璃内部的微观组织出现缺陷，发生了晶粒回收的重熔现象，导致晶体内部结构产生了缺陷，试样的弯曲强度反而降低。
3结论
1)利用煤矸石和铁尾矿为主要原料，可以制备具有优异机械强度的CaO-MgO-Al2O3-SiO2体系微晶玻璃，其主晶相为普通辉石(Ca(Mg，Fe，Al)(Si，Al)2O6);2)通过热处理制度对微晶玻璃结构和性能的研究可知，煤矸石铁尾矿在热处理制度为:760℃核化3h，晶化温度980℃，保温1h的条件下，可制备抗弯强度为236.63MPa的微晶玻璃;3)随热处理温度升高，煤矸石铁尾矿微晶玻璃主晶相的种类没有改变，但其衍射峰呈现先增强后减小的趋势。同时，微晶玻璃的弯曲强度会提高，但热处理温度过高内部就会出现晶粒凝聚、重熔导致微晶玻璃内部过大的组织应力而出现微裂纹，从而使微晶玻璃的弯曲强度下降。
作者：王长龙 梁宝瑞 郑永超 刘世昌 杨建 单位：北京科技大学土木与环境工程学院工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室 河北工程大学土木工程学院 清华大学材料科学与工程学院先进材料教育部
热处理论文:机械加工零件热处理技术探析
0引言
在机械零件加工产业中一直流传着“运用好热处理技术，零件一当数个”的句子。由此可见，在机械零件加工技术中，热处理技术是尤为重要的。因此在机械零件加工过程当中，其零件的质量是受热处理技术影响的，即热处理技术运用较好，零件产品的品质就好。因此，在机械零件加工的过程中必须运用好热处理技术，这是提升产品质量最为直接的有效方法。
1热处理加工技术的重要性
在机械零件加工的过程当中合理地运用热处理技术，既能够提升零件的质量，又能够减少不必要的损失。因此，对热处理技术必须给予足够的重视，这是产品质量的重要保障。
2零件加工的方法
2．1机加工的方法正确的机加工能够促使热处理加工的质量得到提高，反之会造成切削加工过后机械零件的表层较为粗糙，且还为下一阶段的淬火埋下了裂纹的起因，促使零件经过热处理后形成软点和较大的多余应力。
2．2线切割的加工方法
线切割的加工方法在如今也被广泛运用着，它能够促使形状较为复杂的模具零件加工工作简单化。但是其加工过后，零件的表层性能会产生变化，且还会有较多的微裂纹以及不稳定相，从而导致零件的使用寿命不长。
3合理运用热处理加工技术
3．1预热环节的处理
要想保障零件在加工过程当中的切削性能、精准度以及降低变形率，就必须对零件的质量和尺寸预热环节处理进行提升。各类机械材料在切削性能中都有着相对应的硬度限值与结构组织。例如:亚共析钢材料，其材料的组织较为均匀、晶粒细小，从而优化了其切削性能，进而提高了其在加工过程当中的精准性，为零件在进行热处理加工时提供了较好的保障。另外，除最终的热处理环节外，预热环节的处理以及零件的锻造也是尤为重要的影响因素，因此，机械零件在加工时，技术人员须做到对整体过程的内在质量状况进行了解。
3．2在机械加工过程的合理安排
由于机械零件的内部应力结构较为复杂，且其几何形状也有所不一，特别是热处理的加工过后其应力的分布又进行再一次的排序，因此机械零件在加工程序的淬火阶段会产生较为强大的组织应力以及热应力，从而造成零件最终的变形规律复杂化。因此，零件加工的技术人员在对零件加工及热处理的工艺制定过程中，势必要对从零件的选材、工艺参数的设计以及实际加工结果等方面建立一个完善、齐全的工艺档案，而建立数据档案之后，既能够减少技术人员在查阅资料时所耗的编制时间，又能够减少对技术人员的劳动要求，从而促使在材料的选择上和工艺参数方面能够获得良好的经济价值与适用价值，并且还需在这基础之上，对其不断地优化改进，从而提高机械零件的加工质量。
4举例
4．1选择材料
对零件而言其选材是否正确、质量是否良好以及使用的合理性是严重影响自身使用寿命的三个因素，因此在选材时既要考虑到零件的使用性及成本问题，又要考虑到零件的加工性能，不然就直接造成加工成本不必要的提升从而取得反效果。1)低合金钢，其材质优良在热处理的性能上能够取代碳素钢，从而进一步的避免了因设计不合理而造成的变形开裂等质量问题。2)模具钢既适用于冷作模具，又适用于塑料模具。因此，模具的选材过程中先要考虑模具的使用性能，其次是模具的热处理加工工艺。
4．2进行热处理加工
其淬火温度常用30℃～50℃，而要想钢能够达到不同的性能，其淬火温度须向或高、或低两个方向展开，从而在保障强度的同时，又能够促使材料的塑性和韧性等得到优化改善，从而减少在淬火过程中的变形和开裂问题的发生率。机械零件在加工过程当中出现缺陷，其主要原因是由于加工的操作不正确以及工艺的设计不合理性而导致的。因此，要想保障零件加工的质量，就必须尽可能的避免这两个原因的发生情况，这样才能够保障零件的热处理加工质量以及机械零件在加工过程中所产生的内应力可以通过回火的处理方法进行消除或降低。其零件结构设计的不合理也可通过增加工艺孔、组合结构以及进行线切割的加工方式进行完善优化。
5结语
综上所述，对零件的热处理加工技术有所影响的主要为两个方面:机械零件在结构的设计上与运用热处理加工技术上。这两个因素是相互影响、相辅相成、缺一不可且不能分开的。因此，在机械零件的结构设计过程当中，即需要重视结构设计的合理性，又需要注意热处理技术的运用方法，否则机械零件的质量势必会存在缺陷，造成不必要的损失。而且我们还需要不断地去学习、去进步，从而不断的完善机械零件的热加工技术。
作者：赵彦君 单位：陕西建设机械股份有限公司
热处理论文:中职学校金属材料及热处理教学方法
1巧妙导入新课，激发学生的学习兴趣
激发学生的学习兴趣是提高教学质量的有力措施之一，成功的新课导入能有效吸引学生的注意力，点燃学生探索知识的火花，也是开启师生交流沟通的渠道。著名特级教师于漪曾说过，“课的及时锤要敲在学生的心灵上，激发起他们思维的火花，或像磁石一样把学生牢牢地吸引住”。学生以强烈的好奇心和饱满的精神去接受和徜徉在知识的海洋里。笔者在讲授钛及钛合金这节内容时，首先提问：同学们，大家知道太空合金吗？学生七嘴八舌回答：用在太空飞行器或空间站的合金，像神州7号飞船，宇宙空间站。教师给予学生回答充分肯定，在调动学生被寄予厚望的学习积极性基础上，再问：太空合金在我们日常生活中有无应用？用在哪些地方？有什么显著的特点？学生顺着这一思路，展开思考和想象，学生与教师对答，愉快互动，好奇心不断地驱使学生探寻，教师又问学生为什么会出现这样的特点？进而引出钛的组织结构和性能等？由一“点”吸引学生注意力、好奇心、探索欲望，笔者使用，效果不错。在学习铁碳合金相图时，提问：在电视和电影中，看到钢铁烧热发红，再捶打，为什么要“趁热打铁”？学生答不出原因，只说生活经验告诉他们的，教师抛出奥氏体概念，说明“趁热打铁”的温度在1000℃～1200℃，这时的组织为奥氏体，因塑性好，易于变形。
2口诀和顺口溜，帮助学生记忆
本课程涉及知识点内容多而杂，学生对新知识的掌握容易混淆，教师要善于透过现象去抓住事物的本质，并以口诀、顺口溜或简明文字表达，让学生迅速地印记在自己的大脑里，在教学中使用效果良好。在学习钢的热处理这章内容时，为了学生更好理解四种整体热处理不同，教师要用口诀一语道破，“退火软化，正火强化，淬火硬化，回火韧化”，告诉学生围绕这一特点，展开目的、分类、组织等内容学习，学生心中一目了然，学习做到有的放矢。铁碳合金相图是本课程的重要内容，该内容既有较深的理论知识又要具备较强的实践认识，特别是合金相图各种组织的分析往往是学生学习的难点？教师选择什么样教学方法提高学生兴趣，使学生较好地掌握所学内容，是教师备课时重点思考的问题。通过教学实践，编制口诀，是好的记忆方式，口诀如下：温度成分建坐标，铁碳二元两边站，共晶共析液固线，三垂竖线组织标，相间组织两相合。在组织分析时，首先分析特殊点，即含碳量为0.77%、2.11%、4.3%、6.99%的组织转变，在这些特殊点之间的组织，即为相邻两特殊点组织的合并，并举出一示例说明，学生能理解和接受。为了便于学生理解和记忆各种钢材牌号，教师告诉学生材料牌号的特征和规律，编出顺口溜或口诀，让学生能尽快地熟悉、掌握。如合金钢，顺口溜如下：Q头独老大，低强高结钢；G头独老大，滚动轴承钢；两星含碳125，合金渗碳钢；两星含碳255，合金调质钢；两星含碳457，合金弹簧钢。将枯燥识读记忆变得富有情趣、化“腐朽”为神奇。
3巩固材料牌号，促进学生理解
本课程学习的重点之一是多种材料的牌号、组织、性能及用途。这些材料分别是非合金钢、合金钢、铸铁、铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金、高分子材料。这些材料中每一类又包含很多种不同的型号，因此学生很容易混淆，张冠李戴，容易出现抵触情绪，而我们的学生基础弱，学习习惯差，需要教师不断督促，以牌号的熟悉和记忆为主线，了解每类材料用途和性能，所以进入非合金钢内容到合金钢等各类材料的学习，老师几乎要每次课花10分钟时间，请学生根据黑板上的牌号说出钢种和含碳量、用途。答对的学生，每次加5分，答错不扣分，学生踊跃举手回答，效果不错。
4发挥学生想象力，推动学生学习
好奇心是每个学生的共有特性，教师根据学生好奇心所在，围绕教学内容针对性提出问题，布置练习，或小组合作等，学生都会跃跃欲试，完成的结果出乎预期，思维活跃，发散性好。教师只需因势利导，引申和扩展知识，教学双边是愉快互动，教师的教就能推动学生向更广阔的知识迈进。例如学习高分子材料之一胶粘剂，首先提问为什么不同材料能够粘接在一起，是什么原因？再进一步设问，平时见到哪些胶粘剂？学生答：502、氯丁胶、涂墙壁的胶、粘鞋的胶。教师再问：它们都有哪些特点啊？学生凝思，讨论，答案多样。学生在疑惑和好奇的驱使下，探寻“真相”，教师如同魔术师一样不断地变化和展示，钛合金手表、钛合金人体关节就是利用钛合金无毒，与人体不发生过敏反应的特性等等，直到全部答案。
5运用课件和视频，增强课堂教学效果
多媒体课件和视频的合理运用，能使抽象的教学内容具体化、形象化，而且对于缺乏感性认识的学生，能以这种最便捷的方式，了解真实的工作场景，如金属材料的拉伸试验、钢的热处理受设备条件限制，没有现场操作演示，学生难以理解加热、保温、冷却等具体工艺过程，通过多媒体课件演示，让学生置身实验室和车间，贴近真实工作场景，增加课堂教学生动性、趣味性，调动学生学习的积极性。目前中职学校，学生端坐在“秧田”式的教室里，多媒体课件和视频无疑是好的教学手段。本人在教学中大量采用，效果不错。
作者：刁端琴 单位：重庆市轻工业学校
热处理论文:铝合金挤压制品热处理分析
1挤压制品在线淬火的优点
⑴无需重新加热，大大降低了产品的能耗，且不会因长时间加热导致晶粒变大而出现粗晶环现象;⑵简化了生产工艺流程，在挤压机列上连续完成淬火、矫直、成品锯切等作业，减少中间制品的堆放场地，大大缩短了生产周期，提高了生产效率;⑶没有中间制品的吊运过程，制品长度不受吊运和淬火炉的限制，制品输送过程受到很好的保护，减少了几何废料和工艺废料的损失，提高了制品的表面质量和成品率;⑷在机列上连续完成作业，大大降低了工人的劳动强度，也为无人操作的全自动控制创造了必要的条件。
2实现在线淬火的基本条件
铝合金淬火时，通过快速冷却把高温时的固溶组织保留至室温，形成室温下的过饱和组织。通过自然时效或人工时效使过饱和组织中的强化相呈弥散状析出，以达到强化的效果，特别是能够显著提高材料的抗拉强度。合金组织中具有强化相，且强化相在合金中的溶解度随温度有明显变化的合金，才具有淬火强化的效果，即为可热处理强化的合金。在线淬火虽然有很多优点，但由于受挤压过程的限制，也存在较多弱点，不是所有可热处理强化的合金都适用在线淬火并获得理想的强化效果，只有符合下述条件的合金和制品才适合采用在线淬火方式来淬火。
2．1合金的淬火温度范围宽淬火的温度范围反映在该合金固相线与强化相固溶线(即强化相析出线)之间温度范围的宽窄上，即合金的淬火敏感性。温度范围宽，淬火敏感性低，反之淬火敏感性高。淬火敏感性低的合金适合在线淬火并能获得满意的强化效果;淬火敏感性高的合金在线淬火往往不能获得满意的强化效果，不适用在线淬火。
2．2合金淬火时的冷却速度冷却速度是指单位时间的温度降低数值，淬火时的冷却速度，是指从高温冷却能保持高温组织而不析出强化相所需的温降速度。不同合金对淬火冷却速度的要求有很大差异，有些合金在冷却过程中强化相不易析出，需要的冷却速度可以很小，如6063合金，淬火时的冷却速度只需≥1℃/s，而一些7xxx系合金要求的冷却速度约300℃/s。淬火敏感性低的合金需要的淬火冷却速度也低，反之需要较高的冷却速度。淬火的冷却速度除了与合金特性有关外，还与制品的尺寸形状有关。壁薄制品温降速度快，所需冷却速度低;壁厚制品由于芯部热量不易散出，需要较高的冷却速度。实心型材相对散热面积大，需要的冷却速度低，而空心型材相对散热面积小，空腔内的热量不易散出，因而需要较高的冷却速度。在线淬火装置可满足不同冷却速度的要求，可设计出不同冷却强度组合，但对于要求冷却速度快尤其是大管、大棒工业型材不适合在线淬火。
2．2合金淬火时的转移时间
合金淬火时的转移时间，对离线淬火是指制品离开加热炉至进入水中的时间;对在线淬火，是指制品出模口至进入冷却区的时间。这段时间内制品裸露在大气中，会产生一定的温降，时间越长，温降越大。转移时间其实也是转移速度的大小，更重要的是进入冷却区的速度。如果进入冷却区的速度小于金属的传热速度，制品就会在进入冷却区前因内部金属传热而导致较大的温降，当温度降至强化相析出温度时，淬火冷却前就已发生强化相的析出，因而会影响淬火的强化效果。淬火敏感性高的合金，要求的淬火转移时间也短。在线淬火制品的转移时间和进入冷却区的速度取决于挤压速度，中小型挤压机从模子出口至冷却装置的距离较小，转移时间较短，但当挤压速度较低时也很难满足制品进入冷却区的速度。大中型挤压机模子出口至冷却装置的距离长，且挤压速度也往往较低，很难满足一些淬火敏感性高的合金对转移时间的要求，只有淬火敏感性不高的合金才适合在线淬火处理。
3铝挤压制品在线淬火实例
西北某铝制品加工企业专门为军工部门提供高品质管棒型材产品。合金主要为5083-F、6063-T5、2A12-T4，规格为Φ80～Φ380mm×5．0～50．0mm的大管材;合金为2A12-T4、6061-T6、7A04-T4，规格为Φ30～180mm×4000～12000mm的挤制特大棒材;产品主要应用于国防军工、石油开采、海水淡化、电力输变电等。其中2xxx系、7xxx系及部分6xxx系等可热处理强化的硬铝合金棒，由于其具有良好的加工性能和力学物理性能，主要用作内燃机活塞及汽轮、飞机发动机叶片毛坯等。另外该企业还能生产部分10～150cm2×6000～30000mm，较大外接圆直径450mm的车辆制造用扁宽型材。该企业主要产品2xxx系、7xxx系及6xxx系淬火敏感性高的合金，要求淬火转移时间短，其中石油输送管直径超过Φ300mm，壁厚一般都超过7．0mm，军工用特大棒材直径均超过Φ250mm，对淬火要求极高。生产初期出现的技术废品，主要原因是制品挤出后通过在线淬火处理时，冷却强度及转移时间无法使制品芯部的弥散强化相析出，导致出现明显的芯表质量差异。鉴于大规格管、棒材采用在线淬火不能达到生产工艺要求，该企业通过采用大型立式淬火炉离线淬火的方式解决这一问题。该立式淬火炉可淬火制品较大长度12m，工作温度460～550℃，炉膛有效区内金属温差≤±3℃，淬火转移时间≤15s。而对于车辆制造用扁宽型材，该企业配置了强力在线风冷/水冷系统，其中冷风系统上下冷却风机输风量为12000m3/h;水冷系统采用自循环装置，设置有冷水池、热水池、水槽中辊道、大功率循环水泵、过滤器和换热器等，整个装置有效淬火长度7.5m，上部、下部、侧部输水量均为80m3/h，总输水量204m3/h，能够满足绝大部分扁宽型材的淬火要求。
4在线淬火冷却装置的型式及设计时需注意的问题
在线淬火的冷却方式有风冷、水雾冷却、喷水冷却和水溶冷却，每种冷却方式的冷却强度均与其风压或水压，风量或水量有关。不同冷却方式适用于不同的合金和制品。风冷的冷却强度一般在5℃/s以下，水雾冷却的冷却强度可达到50℃/s，喷水冷却和水溶冷却的冷却强度可达100～200℃/s甚至更大。介质的冷却强度只表示其冷却能力，不等同于制品的冷却速度，制品的冷却速度受自身等多种因素的影响。在线淬火冷却装置的型式有风冷式、水雾冷却式、喷水冷却式，风、雾、水组合冷却式以及水溶冷却式。不同冷却装置型式适用于不同的合金和制品。风冷式，主要用于6063合金和制品，强力风冷也可用于壁厚较薄的其他6xxx系合金制品。水雾冷却式，主要用于壁厚较厚的6063合金、其他6xxx系合金、部分7xxx系合金的制品。喷水冷却式，主要用于断面较简单，壁厚较厚的6xxx系、7xxx系合金的制品。风、雾、水组合冷却式，主要用于断面较复杂的6xxx系和部分7xxx系合金的制品。水溶冷却式，主要用于断面较简单，壁厚较厚的6xxx系和部分7xxx系合金的制品。不同冷却装置型式的结构和控制的复杂程度相差较大，装置的作用也相差很大，因此在选择或设计时应注意以下方面:⑴根据处理的产品选择合适的装置型式根据在线淬火的制品来选择既实用又简单的冷却装置。生产建筑门窗型材产品，可选择一般风冷装置，生产建材幕墙型材产品，可选择强力风冷或水雾冷却装置，生产复杂断面工业型材产品选择风、雾、水组合冷却装置;⑵复杂断面型材的冷却强度需沿断面可调冷却强度可调主要用于冷却速度较高、制品断面较复杂制品的冷却。复杂断面往往是非对称和壁厚不一样的断面。由于断面上各部分的金属量不同，金属量少的部分含热量少而容易散热降温，其冷却速度快;金属量大的部分含热量大而不易散热降温，其冷却速度慢。断面上各部分冷却速度不同会产生内应力而导致变形，复杂断面型材要尽量避免由于冷却不均匀而导致的变形，因此，要求冷却装置沿断面各部分的冷却强度可以调节，通过调节压力、风量、水量或喷射角度等来调节冷却速度;⑶冷却强度分段可调以减少高温变形制品在高温下激冷时最容易产生变形，应尽量避免在高温区(450℃以上)产生激烈的冷却，因此淬火装置的冷却强度要求能分段控制。开始冷却段制品处于高温区，此段冷却强度既要满足制品冷却速度的要求，又要避免因冷却速度过快而产生变形;中间段可增大冷却强度，但此时制品仍处于较高温度状态，冷却速度太高也容易产生变形，因此仍需要适当控制冷却速度;出口段制品温度已不太高，可采用较大冷却速度使制品在冷却装置出口处的温度降至150℃以下。
5结束语
在线淬火是一种高效、节能的铝型材生产技术，可缩短生产流程、提高生产效率、降低生产成本。实现在线淬火主要考虑合金淬火的温度范围、冷却速度和转移时间等三个因素;针对不同合金，选择不同的在线淬火装置，才能使在线淬火获得好的热处理强化效果。但在线淬火不是一种万能的生产工艺，对于淬火敏感性高的大规格硬铝合金管棒材，必须采用离线淬火的方式才能满足产品需要。
作者：陈启峰 单位：洛阳有色金属加工设计研究院
热处理论文:铝合金汽车板连续热处理探析
1连续热处理生产线在铝合金汽车板生产中的应用现状
当前，国外著名的铝汽车板生产商主要有诺贝丽斯公司(Novelis)、海德鲁铝业公司(HydroAluminium)、美国铝业公司(ALcoa)、爱励国际(Aleris)、肯联铝业(Constellium)、日本神户制钢和日本联合铝业［1］。这些大型铝业公司设有汽车铝板带研发专业机构，负责汽车铝材的研究开发、生产与技术服务;除拥有现代化的热轧、冷轧装备外，还配置了高技术水平的精整热处理生产线，能够根据汽车生产厂家的要求批量供应高水平的汽车板产品。当前世界较大的铝合金车身板供应商诺贝丽斯公司，现有5条汽车板连续热处理生产线在运行，是一家在亚洲、欧洲和北美洲三大主要汽车生产区域拥有制造汽车铝板能力的供应商。其汽车板生产线主要位于欧洲的德国Nachterstedt和瑞士Sierre工厂、北美的奥斯威戈(Oswego)工厂及中国的常州工厂。诺贝丽斯在常州建设的汽车铝板热处理生产线(2014年8月投产)，带有完整的连续热处理、拉矫和表面处理功能，是目前国内及时条完整的汽车铝板热处理生产线。西南铝和南南铝虽然也有连续热处理炉，但西南铝的连续热处理炉只有热处理和矫直功能;而南南铝连续热处理炉的表面处理功能是预留的，因此只能生产硬合金薄板，不能算一条完整的汽车板连续热处理生产线。国内实力雄厚大型的铝板带生产企业，如南山铝业、天津忠旺、山东魏桥已经开始建设汽车板生产线，其精整热处理生产线的装机水平与目前国外同类设备相当，加上已经拥有的国际的热轧、冷轧生产设备，将很快具备生产汽车板的硬件条件。但这些企业还没有专门的汽车板工艺研发机构，目前主要依靠购买国外软件服务包，缺乏后续的产品工艺研发能力。随着诺贝丽斯常州工厂的投产，国内已经具备了铝合金汽车板生产的能力，但其生产技术为国外垄断。虽然国内大型铝板带企业也开始建设汽车板连续热处理生产线，但均未投产，且缺乏自主知识产权的生产工艺技术，生产受制于人。中铝公司目前主要利用瑞闽的轧制生产线和西南铝的热处理生产线，试制的宽幅(1950mm)6016汽车板材可满足上海通用、宝马、日产等多家汽车公司的性能要求，产品正在相关认证当中，只是由于热处理设备的限制，还不能批量生产供应。目前国内新建的铝合金连续热处理生产线大多采用引进的设备，炉子段采用了Ebner公司的，表面处理段、拉矫段等其它部分采用BWG或Tenova公司的。在连续热处理生产线的选择上，企业大多兼顾2xxx、7xxx系硬合金薄板的生产，表1为典型连续热处理生产线的基本技术参数。表1连续热处理生产线主要技术参数Tab．1Maintechnicalparametersofcontinuousheattreatmentline项目技术参数合金牌号5xxx、6xxx、7xxx系产品规格0．5～4．0mm×1000～2200mm来料规格Max．Φ2600/610mm×1000～2200mm卷材重量Max．23000kg加热方式天然气加热冷却方式水冷、风冷加热炉区长度49m(10个区)金属加热温度150～570℃炉膛工作区域炉气温度控制精度±2．5℃工艺速度Max．60m/min活套容量160m年产量60000～80000t
2汽车板精整及热处理的生产工艺流程
冷轧铝带卷坯料用天车吊运至开卷机的鞍座上，开卷机对带卷进行开卷，带卷通过矫直、切头、预清洗后进入入口活套;从活套出来的带材经张紧装置降低张力后进入炉子内加热、保温、冷却，完成固溶热处理;之后经矫直、表面处理、切边、预时效、涂油后经卷取机收卷。前一卷的带尾与后一卷的带头在入口段缝合机缝合，接头在出口段的剪切机剪除，整条生产线连续运行。
3连续热处理机组的工艺布置及机组组成
连续热处理生产线是集热处理、矫直、带材表面处理等多种功能于一体的铝带材热处理设备，总长可达600m左右，因此一般采用双层布置，将入口设备和出口设备布置在一层，炉子布置在二层，以减少车间长度。同时可以预留部分设备空间，将来根据不同汽车企业的要求适时增加炉区长度或相关工艺设备。也有部分企业将热处理和表面处理功能分别配置两个机组上，根据不同的产品和要求使用设备，增加设备的灵活性。连续热处理机组主要可以分为入口段、工艺段、出口段3个部分。
3．1入口段
为入口段工艺布置图，主要包括开卷机、对中装置、剪切机、切头剪、带材缝合机、切边剪和碎边剪、预清洗段、入口活套等设备，完成开卷、带材头尾剪切、连接、切边等功能。
3．2工艺段
为工艺段工艺布置图，主要包括气垫炉(热处理部分和冷却部分)、拉矫机、表面处理等设备，完成带材的热处理、矫直、表面处理等功能。
3．3出口段
为出口段工艺布置图，主要包括出口活套、切边剪、预时效炉、静电涂油机、出口剪、卷取机、皮带助卷机等设备，完成成品检查、涂油、切边、分卷等功能。
4连续热处理生产线主要构成设备工艺特点
4．1预清洗段
带材在热处理前需清洗脱脂，去除表面油渍。采用50～75°C的碱溶液对带材上表面和下表面进行清洗。碱洗时间约3s，然后进行2次漂洗，及时次采用常温去离子水漂洗，第二次采用50～75°C的去离子水漂洗，漂洗水循环使用。然后通过带有吹边装置的烘干机进行烘干。
4．2张紧装置
带材在不同工段处的张力不尽相同，张紧装置可以把各个区域的张力隔开，不同区域设置不同的张力。开卷和卷取张力主要是防止带卷发生松动擦划伤和偏离中心线，开卷张力6～15MPa，卷取张力10～20MPa;活套张力过小易造成带材与棍子间的滑动擦划伤，入口和出口活套张力7～15MPa;炉区张力是控制的关键，为防止张力产生较大波动，炉内张力尽可能小，因此带材进入炉体时张力应降至1～2MPa。
4．3活套
机组设有入口和出口活套，入口活套的作用是存储足够长的料，在入口换卷时提供连续不断的带卷保障。出口活套使带材在出口段换卷时能够连续运行，储料长度则根据工艺速度确定，工艺速度60m/min时，长度需160m左右，工艺速度达100m/min时，长度需260m左右。活套的形式有立式活套和卧式活套，最初的设计大多采用立式活套，带材不易下垂，避免造成擦划伤。但立式活套需要的设备基础较深或厂房较高，生产长度也相应增加。因此目前有采用卧式活套的，为了避免带材下垂造成带材的擦划伤，需要设置带材托辊装置。为了缩短生产线长度，国外有的厂家采用入口立式活套，出口卧式活套。
4．4气垫炉
气垫炉和冷却装置一起安装在一个钢结构平台上(二层)，带材通过炉子和淬火段，在炉内连续运行，料带表面不会与设备上的任何部件发生接触。气垫炉采用天然气加热，炉风通过安装在风机进风口处的烧嘴实现加热，然后流经喷嘴箱内的喷嘴以垂直方向从上下两个方向吹向带材表面，通过这种方式能够实现对材料的快速加热。喷嘴交替分布在带材上部和下部，带材以正弦形状通过炉区，保障了带材稳定的悬浮于炉体中。通过径向流动风机实现热风循环，炉内气流离开喷嘴时的速度与所处理的带材相适应，可通过调整变频驱动循环风机的转速来调节该速度。气垫炉分成10～12个分区，产能约8万t，通常根据产能确定分区数量。每个分区有两个循环风机，一个在炉顶，一个在炉底。炉内较高温度达600°C，炉气温度范围300～580°C，保温精度±1．5°C。生产6xxx系铝合金汽车板时，540～570°C保温60s后进入冷却区进行空气冷却。冷却部分分区根据其速度确定，为全封闭式。1号冷却区为水淬冷却，冷却区入口的顶部和底部装有气刀，以防止水进入炉内，高压水喷嘴组上下对称安装在水刀之后。这些水喷嘴用于需要快速冷却的2xxx系及7xxx系合金。对于给定的合金品种，需要的冷却率可达500°C/s，淬火水采用去离子水。2～7号冷却区为空气冷却，用于对带材进行空气冷却和干燥。6xxx系铝合金汽车板使用空气冷却，冷却段出口处料带温度≤65°C。
4．5矫直装置
矫直装置采用的是拉伸和弯曲相结合的矫直形式，即通过张力辊与弯曲辊的共同作用，使带材在承受张力小于屈服极限的情况下产生局部塑性延伸，从而改善板形。汽车车身板对带材表面的要求非常高，厚度约1mm的汽车板只能通过纯张力拉伸模式。对于2xxx系和7xxx系合金或者较厚的带材，采用拉伸弯曲相结合的矫直工艺。矫直装置入口的张紧装置可为带材出气垫炉后增加带材张力，并为矫直装置提供反张力，其较大张力可达500MPa，可生产2xxx系和7xxx系硬合金薄板，出口处张紧装置可降低矫直装置出口处的张力。矫直装置装备喷洗系统，带材经过拉伸辊时，带材表面的铝氧化物细屑会脱落且粘在拉伸辊上，从而导致拉伸辊凸起和震动，会使带材产生不可接受的擦划伤。
4．6表面处理段
表面处理段的功能是完成铝带材表面的清洗及钝化处理，通过钝化处理在铝带材表面形成一层保护膜。一方面可以保护铝带表面不被氧化腐蚀，另一方面可以增强铝带在下游工序的粘着力，有利于吸附润滑剂和冲压成形，增强其与油漆、粘接剂的结合，有利于车身的黏接和上漆。带材清洗首先进行碱洗，用60～70°C的碱溶液对带材上表面和下表面进行喷射式清洗。碱洗时间约6s，然后进行2次漂洗，及时次采用常温去离子水漂洗，第二次采用40～60°C的去离子水漂洗，漂洗水循环使用。然后再进行酸洗，酸洗时间约6s，然后进行2次漂洗，漂洗完之后开始进入钝化处理。因为带材表面油渍在预清洗和炉子段燃烧后已经很少，碱洗有时可以省去，但酸洗必须配备。铝合金车身板的钝化处理采用化学转化法，即在不通电的情况下，铝表面与钝化剂(氧化性溶液)发生反应，在其表面生成与基体有较好附着力的、不溶性的转化膜。针对汽车企业不同的产品要求，表面钝化处理主要有浸涂、喷涂和辊涂三种型式。浸涂。铝带材通过含有钝化剂的槽液完成钝化处理，控制好槽液温度，浸涂完再经过2次漂洗，漂洗水为50℃的去离子水，然后用蒸气加热的热风烘干，烘干后进入出口活套。喷涂。其特点是通过物理作用(如静电喷涂是通过喷射梁喷射)来实现，在美国普遍使用Ti、Ti/Zr喷涂，因该涂料可以很快的形成化学反应，在烘干前已经完成了80%的化学反应。辊涂。辊涂机由一个主机架和两个涂头构成，涂头对称板带设置。一个涂头涂覆板带上部，称上涂头;另一个涂覆板带下部，称下涂头。每个涂头的涂覆辊能将带材推离理论通过线，使带材轻微缠于涂料辊但不超过带辊间的较大压力，依据涂料辊的公称直径和磨损变化。如果采用辊涂工艺，辊涂之后需进入红外线烘干炉，对带材涂层进行立式加热烘干，烘干后进入出口活套。
4．7预时效炉
预时效炉用于对表面处理后的铝带进行预加热或预时效处理。带材固溶处理后进行预时效处理，使带材具有良好的成形性和烘烤硬化性。加热方式采用高速热风吹向带材两面，循环热空气用直接燃气式烧嘴加热，速度约40m/min，入口温度30℃，出口温度110℃。
4．8静电涂油机
静电涂油机采用静电喷雾的方式，将加热熔化的固体润滑油涂在带材的单面或双面，可根据带材速度控制油量。涂油室内安装着上、下涂油喷嘴，带材从其中自由通过。高压静电源输出100kV左右的负直流高压，加在涂油喷嘴上，使喷嘴和作为接地板的带材之间产生高压静电场。带有负电荷的油液在高压静电场中雾化并被吸附在带材表面上，形成匀薄的油膜。静电涂油机按其外观分为两种，一种是卧式静电涂油机，涂油量范围在500～3500mg/m2(单面);另一种为立式静电涂油机，涂油量在2～25mg/m2(单面)。
5结束语
连续热处理生产线是生产汽车板的关键设备，最初，多数生产线是由设备制造厂家和汽车板生产企业共同开发的，工艺要求由汽车板生产企业提出，产品要求由下游汽车厂家提出。目前，国外设备厂家可以提供成熟的整套设备，为国内汽车板生产企业提供了机遇，缩短与国外汽车板生产企业的差距。
作者：李志刚 刘小玲 李鹏辉 单位：洛阳有色金属加工设计研究院
热处理论文:热处理合金组织耐蚀影响
近年来随着石油工业的发展，高含硫化氢、二氧化碳气田相继被发现［1］。针对高含H2S／CO2油气田选用的封隔器材料，要求具有优异的耐腐蚀性，并且承受压差等级为70MPa。现有的碳钢和合金钢封隔器难以满足高含H2S／CO2油气田开采的要求，根据住友公司和NKK选材图［2］，金属材料中只有镍基合金适合高含H2S／CO2酸性气田的开发要求。Inconel718镍基合金是一种时效强化的高温合金［3］。由于该合金具有优异的综合性能，被广泛应用于航空航天领域［4］。据报道约35％的高温合金产品是由Inconel718合金制成的［5，6］。近年来，国外石油公司哈里伯顿把镍基合金Inconel718应用到油田领域，用作封隔器主体材料，取得了良好的效果，其工艺技术非常完善，所设计封隔器具有先进、、结构合理等特点。而本国开发高酸性油气田的封隔器材料，技术上仍然依赖国外公司。本研究通过不同热处理工艺，分析了Inconel718镍基合金的微观组织，力学性能，并初步评价了耐蚀性能。综合考虑力学性能和耐蚀性能，给出了一种合适的热处理工艺制度，为酸性油气田封隔器的制造提供理论依据。
1材料制备及实验方法
1．1材料制备本研究所用Inconel718镍基合金取自封隔器主体的一部分，其化学成分如表1所示。经轧制成厚度为3mm的板材，在不同的温度下进行固溶处理、时效处理。对不同热处理的合金分别制备成相应尺寸的样品，进行显微组织、力学性能、耐蚀性能测试。
1．2实验方法固溶处理：材料经过200℃／h随炉分别升温至940，960，980，1000，1020，1040，1060℃，保温1h，水冷。时效处理：对固溶处理的试样进行720℃保温8h，50℃／h冷却至620℃保温8h，空冷。显微组织分析：采用S－360型扫描电子显微镜对热处理样品进行组织观察，采用JEM－2100型透射电子显微镜对时效析出相的结构进行评定。力学性能测试：使用HRS－150测量洛氏硬度。试样加工成13mm×1mm的丝材共七组，每组3个试样，经固溶＋时效处理后，分别进行拉伸实验，测定屈服强度、抗拉强度和伸长率的平均值。腐蚀挂片实验：样品尺寸为50mm×10mm×3mm。经磨光、清洗、干燥后置于高温高压反应釜中进行为期7天（168h）的腐蚀实验，实验条件是CO2分压6MPa，H2S分压6MPa，介质温度120℃，并加入10g／L的S。实验结束后，取出试样记录表面腐蚀情况，计算平均腐蚀速率。应力腐蚀实验：根据GB／T15970．2—2000标准进行实验。腐蚀环境为H2S分压5MPa，CO2分压11MPa，并且向溶液中添加了3g／L的S，实验温度160℃，实验所用液体为普光油气田模拟水，进行高温高压720h应力腐蚀实验。
2结果与讨论
2．1热处理对组织的影响图1为Inconel718合金经不同温度固溶处理的扫描电镜照片，从图1看出，随固溶温度升高，奥氏体晶粒长大。固溶温度低于1000℃时，组织为奥氏体基体和δ相，当固溶温度超过1020℃时，δ相全部溶入奥氏体中。研究表明加热温度超过650℃以上时合金中不稳定的γ″相将分解为稳定的δ相［7］。由能谱分析证明白色颗粒即为δ相。合金中δ的分布和数量随着温度的升高有明显的不同。当固溶温度（940℃）较低时，δ相一般在晶粒的边界分布。随着温度的升高（960～1000℃），δ相的数量变少且在晶粒内部也能发现有颗粒状的δ相分布。当温度升高到1020℃时，放大10000倍的照片中已经很难看到δ相的存在，判断δ相全部溶入奥氏体组织中。图2为不同固溶处理的合金经过720℃×8h50℃／h620℃×8h时效后的扫描电镜照片，与图1（固溶处理）的组织相比看不出明显的变化，说明时效处理并没有改变δ相的分布和数量，也没有改变原始奥氏体晶粒的大小，这主要由于时效处理温度较低。Inconel718是由γ″（Ni3Nb）来强化的［8］。由于γ″尺寸很小，在扫描电镜下难以观察到。图3是1020℃固溶处理和时效处理的透射电镜形貌像及对应的衍射斑点。从图3（a）中可以看出基体中含有大量的位错。对此区域进行衍射分析，发现只有一套斑点如图3（b）。经计算可以得出，此衍射斑点所对应的晶体结构是面心立方。试样经过1020℃固溶后，第二相粒子全部溶入基体，不存在δ相、γ′相、γ″相，经过720℃和620℃双时效，第二相粒子从基体中析出。图3（d）得到两套衍射斑点，较亮的一套是基体产生的，而较暗的一套，分析知其晶体结构是体心四方［9］，判定为γ″相。从图3（c）看出γ″相粒子非常细小，尺寸约在20nm左右，且大量均匀分布在基体上。
2．2热处理对力学性能的影响
2．2．1固溶处理与时效处理后硬度对比从图4可看出随固溶温度升高，洛氏硬度呈下降趋势。这是因为随固溶温度的升高，材料中γ′相、γ″相、δ相逐渐溶入到奥氏体基体中，弥散强化作用减弱。另外，随固溶温度升高，晶粒长大，晶界强化作用减弱，硬度值下降。与固溶处理的硬度值相比，材料时效后硬度值有显著的提高。时效后的硬度与前期固溶处理温度密切相关，呈现出随固溶温度升高，硬度值先升高后降低的趋势。经过1000℃固溶＋时效处理的材料硬度达到极大值。
2．2．2固溶＋时效处理后合金的拉伸性能图5是Inconel718合金经过不同温度固溶＋时效处理后，在室温下测得的应力应变曲线。从图5中得出Inconel718合金的弹性模量为205GPa。表2列出了屈服强度、抗拉强度和伸长率。从表2中看出，时效后材料的强度随固溶温度的升高呈现先升高后降低的现象，与硬度测试的结果吻合，在1000℃固溶＋时效时，屈服强度和抗拉强度出现极大值。Inconel718合金经过时效后由于γ″相的析出使其强度和硬度有很大的提高。合金主要强化相为γ″相，尺寸非常细小，且均匀分布在基体上。固溶温度较低时，合金中存在δ相，时效后δ相依然存在且体积分数较大，由于δ相含有大量的Nb元素，造成此时形成的γ″相含量相对较少，随着固溶温度的升高，时效后析出的γ″相数量增多，所以强度、硬度升高。但是当固溶温度超过1000℃时，时效后γ″相数量不再增多，而奥氏体晶粒长大比较明显，使合金的强度、硬度降低。
2．3热处理对耐蚀性能的影响
2．3．1腐蚀挂片实验结果图6是经不同热处理的Inconel718镍基合金的腐蚀速率。整体上Inconel718的腐蚀速率都很低。经固溶处理的合金腐蚀速率比时效后的腐蚀速率稍低。主要是由于时效后合金中有第二相粒子析出，微小的第二相粒子作为阴极相，增加了腐蚀微电池的数量，使合金的失重量增大。对腐蚀产物膜进行SEM和EDS分析。图7（a）是经过1000℃固溶处理试样表面的腐蚀产物膜形貌，腐蚀情况不严重。而经时效后（图7（b））的试样表面的腐蚀产物膜比较厚。EDS能谱分析其主要含有Fe，S，Ni等元素。影响镍基合金耐H2S／CO2应力腐蚀性的因素有温度、H2S浓度、pH值、CO2含量、材料因素［10］。在外界条件一定的情况下，材料本身的因素也起很重要作用，即合金的化学成分、显微组织等因素。镍基合金Inconel718优良的耐腐蚀性能主要源于镍自身较高的电极电位，较强的钝化能力，以及对卤族元素的高度稳定性；其次Cr，Mo，Cu，W等合金化元素具有良好的耐不同介质的腐蚀能力；合理的热处理制度对In－conel718的耐蚀性能有很大的影响。固溶处理后的材料比时效后的材料具有更好的耐腐蚀性能，但是只经固溶处理后的材料力学性能不能满足油田生产的需要，而从腐蚀速率角度来看经过时效处理的材料的腐蚀速率也很低，并且具有高的强度和硬度，能够符合油田用材料的要求。
2．3．2H2S／CO2应力腐蚀实验图8是在含有大量氯离子的高温高压H2S／CO2、720h应力腐蚀实验后试样表面的宏观及微观形貌，没有出现应力腐蚀裂纹。合金表面有腐蚀产物产生，但腐蚀产物很薄且均匀分布在表面。从扫面电镜中看出试样表面有点蚀坑和材料加工时的划痕，但没有出现开裂的迹象。实验表明，热处理后的Inconel718表现出良好的耐蚀性能，模拟普光气田环境的耐H2S／CO2应力腐蚀性能良好，能够选作封隔器主体材料。
3结论
（1）随固溶温度的升高，δ相不断溶解。温度达到1020℃，δ相全部溶入奥氏体基体。（2）合金在720℃和620℃，16h双时效时，δ相的含量基本保持固溶时的含量。时效后析出γ″相，尺寸大约在20nm左右，均匀分布在基体上。（3）材料经过固溶处理后硬度值随温度的升高不断下降，时效后材料的硬度有明显的提高。固溶温度1000℃＋时效的合金硬度、屈服强度、抗拉强度较高。（4）在高温高压H2S／CO2腐蚀实验中，In－conel718表现出良好的耐均匀腐蚀性能和耐应力腐蚀性能。综合考虑材料的耐蚀性能和力学性能，确定热处理工艺为：1000℃固溶1h＋720℃×8h50℃／h620℃×8h时效。
热处理论文:铁矿物的热处理现状
我国是一个人口众多、资源相对不足的发展中国家，当前正处于经济快速发展的战略时期，经济发展需要大量钢铁材料作为支撑，对铁矿石资源的需求也急剧增加，2011年国产铁矿石产量已达到13．27亿t，同时进口铁矿石达到6．86亿t。铁矿石的大量进口制约着我国钢铁行业的发展，研发新工艺、研制新设备、开发国内难选铁矿资源来降低成本，提高资源利用率，以满足国内钢铁生产需求。微波加热因其具有选择性、即时性、高效性等特点，以及高效、环保、节能等常规加热不具有的诸多优点，越来越受到人们的重视。随着对微波技术的开发研究，其在矿业中的应用研究也越来越广泛，从破碎、磨矿到焙烧、磁选、浮选、降杂等各个选矿阶段都有研究。本文主要介绍微波加热技术在相关铁矿石中的研究现状、动态以及需要解决的一些问题。
1微波技术提高铁矿石的碎磨效率
矿石在破碎磨矿过程中的耗能量占整个工艺的50％～70％，而有效率的能耗却很低，若能开发出一种新技术降低碎磨过程中的能耗将会产生可观的经济效益。早在20世纪90年代美国矿山局就对此课题做过研究，并取得成效。英国诺丁汉大学的萨姆•金曼［1］研究指出微波加热矿石在粉碎矿石的同时却能节约常规方式碎磨矿石一半的能耗，研究指出由于不同类型的矿石对微波的吸收不同，引发不同矿石间的热应力不同，从而造成矿石内的裂纹，这对于矿石的碎磨是有利的。图1显示出钛铁矿经微波处理后，有用矿物与脉石矿物之间产生的裂纹较发育。经微波处理后的钛铁矿，其磨矿功指数随辐射时间的增加而大幅度降低，经2600W、2．45GHz的微波辐射，10sec矿石相对磨矿功指数降低10％，60sec后降低了80％［1－3］。刘全军等［4］以磨矿动力学系数与选择性破裂函数作为依据，研究了微波促进磁铁矿的磨细作用，证明了微波的选择性加热能够促进磁铁矿的细磨。图2显示了混合磨矿时磁铁矿和石英的粒级产率变化，经过微波的作用，磁铁矿－0．3mm的粒级含量增加了20％，而石英则只增加了5％。表明微波对石英的磨矿影响较小，从而达到微波选择性磨细磁铁矿的目的。岳铁兵等［5］研究了微波对黄铁矿及有色多金属矿的助磨作用：黄铁矿型金矿经微波预处理15min，磨矿细度（0．074mm粒级含量）增加了2．67％；蓝晶石矿和铅锌多金属矿分别用微波预处理15min，其磨矿细度分别提高了14．16％和5．84％；铜钼矿和钽铌矿经微波辐射5min，磨矿细度分别提高了7．60％和12．16％，可见微波辐射预处理对这些矿物细磨的促进作用是显而易见的。微波辐射能够改善矿石的碎磨，主要是因为它增加了矿石颗粒间的裂隙，而不是横穿颗粒间的裂隙。如果能将微波技术合理应用在铁矿石的碎磨阶段，将对整个选矿流程成本的降低起到极大的作用。
2微波技术改善铁矿物的分选特性
2．1微波技术应用于钛铁矿浮选的预处理在研究微波辐射对矿石破碎与磨矿影响的同时，伯明翰大学也研究了微波辐射对钛铁矿浮选的影响。钛铁矿为三方晶系的氧化矿物，浮选时其颗粒表面的Fe2＋不利于浮选药剂的吸附，这种特殊的晶体结构和表面性能决定了钛铁矿是一种难以浮选的矿物。研究表明［2］，微波辐射预处理钛铁矿可以有效地改善矿物表明性质和矿物的可浮性。钛铁矿是钛和铁的氧化物，在2．45GHz的微波辐射作用下具有迅速介电加热特性，在微波功率2600W时，钛铁矿试样内部温度在10sec内达到180℃，1min后可达到720℃，而对于微波弱加热特性的石英，1min后仅分别达到53℃和65℃。表1为常见铁矿物与脉石矿物在微波场中的升温速率。钛铁矿经微波辐射处理后，其比表面积随微波辐射时间的延长而增加，并有新相产生。当暴露在空气中时，钛铁矿中的Fe2＋氧化为Fe3＋离子，微波的选择性加热加速了钛铁矿表面上的这种在室温下也可以缓慢进行的氧化反应，这种氧化反应能够增加浮选药剂的吸附量，从而使钛铁矿可浮性大大提高。伯明翰大学对钛铁矿的微波辅助浮选研究显示，钛铁矿的浮选回收率随着其在微波场中的暴露时间的延长而增加，10sec时提高了10％，最终回收率从64％提高到了87％。微波的作用还使油酸钠的用量降低，最多可减少药剂用量约65％。范先锋等［6］研究了微波处理钛铁矿后三段开路浮选，表明经微波辐射处理的钛铁矿在粗选及精选作业均表现出很好的可浮性，同时指出微波预处理钛铁矿能够加速其表面亚铁离子的氧化，加强了油酸根离子在钛铁矿Helmholtz层内的吸附，从而提高钛铁矿的浮选性能。解振朝等［7］研究了微波对钛铁矿浮选的影响，表明钛铁矿表面Fe2＋的氧化，药剂吸附量的增加是钛铁矿可浮性改善的原因；结果还表明，微波预处理与否，钛铁矿的精矿（TiO2）品位均在47％左右，这说明微波辐射处理钛铁矿不能提高其浮选精矿的品位，回收率的增加是由产率的提高引起的，较高回收率增幅可达34．7％。
2．2黄铁矿的微波辐射磁化黄铁矿少以单独矿体存在，多伴生于铜、铅、锌、金等的硫化矿物中，是煤炭中硫的主要存在形式。对黄铁矿有效合理的处理对于铜、铅锌、金等高价金属的回收、煤炭脱硫等有至关重要的影响。在煤炭脱硫过程中，利用微波辐射可将黄铁矿（FeS2）转变成磁黄铁矿（Fe1－xS），而后用磁选容易将磁黄铁矿分离而降硫［8］。KEWaters等［9－10］对比研究了常规热处理和微波辐射对黄铁矿磁性的影响，采用振动样品磁强计（VSM）来探测样品的磁矩和磁选结果来综合评价。结果表明热处理后黄铁矿的磁饱和度均有显著增加，EDS和XRD分析表明热处理后产生了磁性较强的磁黄铁矿和磁铁矿等，磁选试验结果也证实了这一点，如：未经加热的黄铁矿磁选回收率为23％，经600℃热处理的磁选回收率增加到94％。微波预处理黄铁矿比传统的热处理生成新的更多的磁性物质，如磁黄铁矿；黄铁矿的微波热处理相对于常规热处理有暴露时间短、能耗更低等优点。但微波处理时间过短时，虽然有磁选效果，但其XRD分析显示经微波辐射的黄铁矿没有变化，这可能是因为样品的改变还低于XRD的敏感度阈值。TUslu等［11］在研究微波加热对黄铁矿磁选的影响的时发现相对于在氮气气氛中，暴露在空气中时微波处理黄铁矿得到的产品较好，主要有黄铁矿、硫铁矿、α－赤铁矿和β－赤铁矿，而在氮气气氛中处理时没有赤铁矿产生。众多研究表明，微波处理黄铁矿过程中发生的反应主要有：
2．3菱铁矿的微波辐射磁化菱铁矿（FeCO3）属于碳酸盐类矿物，其热分解及焙烧温度应低于熔融温度。菱铁矿在不同加热方式、不同气氛条件下的分解已经有很多研究，在氧化气氛中的最终产物只检测出α－赤铁矿，磁铁矿和氧化亚铁只有在真空或者惰性气体氛围中得到。IZnamenáˇcková等［12］研究了微波辐射对菱铁矿磁性的影响，通过对样品的DTA、DTG和TG分析可知，样品的反应温度在383℃～616℃之间，吸热特征温度为544℃，发生的分解反应为：通过对比磁化系数的测定，考察了不同时间对菱铁矿磁性能的影响，微波加热不同时间对菱铁矿磁性能的影响如图4。样品的比磁化系数由原来的．947×10－6m3／kg提高到经微波辐射10min时的8．736×10－6m3／kg和辐射15min时的140．87×0－6m3／kg，最终经微波辐射30min后样品的比磁化系数提高到324．79×10－6m3／kg；而磁铁矿的比磁化系数为（104～520）×10－6m3／kg，这也从另一个方面证实了菱铁矿样品经微波辐射后磁铁矿的生成。向微波处理后的产品经湿式弱磁选别，可得到铁品位45．6％，回收率高达97．6％的精矿产品，而未处理前的回收率为零。磁性物质的产生使得菱铁矿采用较容易的磁选方法即可分离，可用磁选代替浮选，能减少对环境的污染。另外微波热处理方式还具有高效、节能、环保
2．4微波在钛铁矿热还原中的研究目前，国内外钛铁矿的综合利用主要方法有两大类：一类是高温熔炼还原法；另一类是化学浸出法。具体的方法与种类虽然有很多，但就国内外实际生产情况而言，碳热还原法仍是主导的、在工业上取得实际应用的技术。我国的钛资源主要分布在四川攀枝花地区，主要以钛铁矿的形式存在，国内学者大都以此地的钛铁矿作为研究对象，在开发研制新技术时对微波加热应用于钛铁矿的处理做了大量的研究，认为钛铁矿的微波碳热还原技术在理论上是可行的，且比其它方法有许多优点。大量研究［13－16］表明微波碳热还原钛铁矿的机理主要是：微波的选择性加热可以使碳产生局部高温，这能够显著提高碳的还原能力，从而提高钛铁矿的还原速率；钛铁矿选择性优先吸收微波发生局域耦合共振，产生热点，这些热点比其它区域的温度要高，成为反应的中心。研究证实还原反应从一开始施加微波辐射就开始进行；由于对微波的吸收不同，使钛铁矿球团内部产生热应力，从而产生大量孔隙和裂纹，促进了还原气氛的扩散，并且快速还原产生的大量晶核也加速了还原反应的进行。雷鹰等［13］在研究微波碳热还原攀枝花低品位钛精矿时发现：钛铁矿在常规加热800℃预氧化后添加相关添加剂制成球团，在微波辐射温度1000℃～1100℃下保温还原60min，还原产物中铁的金属化率可超过90％。李雨等［16］类似的研究指出，钛精矿的球磨活化可以进一步降低微波还原温度，提高反应速率。汪云华等［16］发现微波辐射还原得到的铁粉比常规加热还原得到的铁粉表面有更加发达的海绵体，如图5（a）（深色部分为海绵体铁），这种海绵体铁具有更大的比表面积，表面活性强，有利用制造中低密度、中高强度的粉末冶金制品。微波加热技术可以实现钛铁矿的高效、节能、环境友好型还原生产，与传统加热方式相比不仅可以缩短加热时间，降低了能耗，而且改善了还原条件，可以有效的降低生产成本。微波碳热还原技术对钛冶金行业降低能耗、降低成本、增加利润具有重要意义。该方法虽然理论可行，但缺少大型工业配套设备，目前尚无工业实践。
2．5微波辅助铁矿浸出我国钛工业主要采用硫酸法，该方法与氯化法在竞争中求生存，利用微波辅助钛铁矿浸出技术应运而生。周晓东等［17］探索了微波辐射－盐酸浸出钛铁矿的方法，研究表明钛铁矿在一定温度下能将其中的亚铁氧化成高价铁，形成假板钛矿结构，这种氧化使原矿中的铁活化，低温氧化有利于盐酸浸出时选择性的除去铁，生成大颗粒人造金红石，高温氧化产生高铁板钛矿结构，对酸十分稳定，不利于钛铁矿的浸出。表明微波辐射下对钛铁矿进行酸浸出代替高温高压酸浸工艺制备人造金红石在理论上和实践上都是可行的。DKXia等［18］采用微波加热技术对某种电弧炉渣进行碱浸出处理，能够较好的回收炉渣里的铁、锌、铅等金属。炉渣的主要成分为红锌矿和铁酸锌，试验表明传统条件下锌的回收率在180min达到较大，约为72％，在微波辅助浸出条件下，锌的回收率在5min内达到较大，约80％，表明锌在微波辐射下能够快速的溶解，这可能是因为溶液过热、沸腾剧烈、溶液中电炉渣颗粒与微波的相互作用。试验显示在微波试验中，固体颗粒和界面的温度比常规浸出要高许多，从而导致金属溶解速率和回收率的增加。
2．6微波用于赤铁矿的脱磷近年来我国大量进口国外铁矿石，但是在湖北、湖南、江西、云南等地广泛的分布着总资源储量达70亿t的“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿，因这类铁矿含磷高、嵌布复杂而难以分选利用。张辉等［19］对利用微波加热处理高磷鲕状赤铁矿。经微波作用碳热还原、细磨和磁选，其脱磷率达到87．8％，铁回收率90％，效果较好。基于Fe2O3、Fe3O4和无烟煤粉具有较强的微波热效应，对微波的吸收性能良好，而磷灰石和硅酸盐类矿物对微波的吸收能力却较差。由于微波与物质作用的弛豫效应以及高磷铁矿中铁氧化物的晶体结构缺陷，微波加热时一部分热能使碳铁混合物温度升高，另一部分存储在晶格缺陷中充当晶格能和吉布斯自由能；同时因微波场中高磷铁矿碳热还原反应的活化能降低，加快还原反应速率，致使铁氧化物的碳热还原反应更加彻底，使得本来不能进行的反应有可能进行；因微波作用还导致铁颗粒的聚集长大破坏了磷灰石的嵌布特征，改变了铁矿的原有结构，可为后续磁选过程中铁和高磷渣的分离创造有利条件。微波应用于高磷鲕状赤铁矿的脱磷研究还处于试验室阶段，但微波所表现出的良好效应及试验结果表明微波加热在处理该类矿石中的潜力，相信随着微波技术的进步、选矿水平的提高以及工业型设备的开发，该类铁矿资源的利用将成为可能。
2．7微波辅助加热选别含铁铝土矿铝土矿是做耐火材料的主要原料，其含铁（Fe2O3）上限为2．0％～2．5％，铝土矿中的铁通常
以弱磁性矿物形式存在或呈极细粒分散，普通方法很难去除，长期以来学者们一直在探索从铝土矿中除去铁的有效途径。目前为止，最有效、最常用的方法是在焙烧炉或焙烧窑中对铝土矿原矿石进行焙烧热处理然后进行磁选除铁。微波加热技术被认为具有对铝土矿中特殊部位选择性加热的能力，在还原气氛中微波能够促进铁矿物很快的转变为磁铁矿，从而改善磁选分离效果。虽然这项技术认为在理论上是可行的，但它是一个随着人们对微波能兴趣的提高而发展来的一个新的研究课题，尚没有大规模的生产试验研究。有学者对印度某铝土矿用微波加热法将纯赤铁矿转变成磁铁矿然后磁选除铁的试验研究，对含Al2O355．7％、Fe2O35．6％的铝土矿原矿，在经微波炉磁化焙烧后再破碎磁选，可以获得含Al2O380％、Fe2O32．5％，Al2O3回收率达80％的铝土矿精矿，这一选别结果能够满足耐火材料的要求，而采用回转窑焙烧法最终铝土矿精矿含铁仍高于2．5％。
3微波技术强化铁矿物辅助作业
3．1微波加热用于褐铁矿脱水微波干燥脱水比普通干燥方法有更加优越的特点，它不仅能脱去颗粒表明的吸附水，而且能够脱除矿物分子中所含的结晶水。褐铁矿（Fe2O3•nH2O）中含有结晶水，使得选别回收的褐铁矿含铁通常只有55％，而钢铁厂对褐铁矿精矿的要求品位在62％以上。李新东等［20］研究了对微波用于褐铁矿的干燥脱水，表明微波干燥脱水速率远远大于常规脱水速率。在700W微波辐射功率下，相对于250℃常规加热干燥方法，试验显示常规干燥方法加热60min时才达到微波加热10min的脱水效果；并且微波加热不仅脱去了褐铁矿中的游离水，而且脱去了大部分的结合水，最终得到总铁含量高于60％的褐铁矿精矿。在微波加热过程中，样品的温度均匀，热利用率高；相比常规加热方法节约了大量能源，提高了生产效率。
3．2微波加热用于铁精矿烧结处理任伟等［21］研究了微波加热技术应用于铁精矿的烧结，探索了微波烧结磁铁精矿的可行性。试验考察了不同微波处理时间、碳粉的配比以及氧化钙的配比等因素。表明在相同微波加热条件下添加碳粉会降低样品的加热温度；当CaO／SiO2为2．5、加热时间20min和微波输出功率1000W时，烧结产物效果好。得到了具有一定强度和孔隙度的烧结产物，但是其强度与现有抽风烧结产品差别较大，相关原因还需进一步研究。
3．3微波辅助钒钛磁铁矿溶样在钒钛铁矿资源利用过程中另一个重要问题是钒钛铁矿的溶样分析。常规采用过氧化钠或焦硫酸钾高温熔融，以化学滴定法进行测定分析，该方法比较成熟、分析结果比较。因矿样的分解在高温环境中长时间进行，该方法繁琐、周期长、劳动强度大、能耗高，难以适应快速、大批量样品的分析。利用微波辅助溶解钒钛铁矿石的溶样［22－24］，该方法采用硫磷混酸，基于H3PO4对Fe3＋有很强的络合能力的溶样机理，但使用的硫磷混酸在配制过程中具有一定的危险性。许多学者研究采用盐酸等危险性较小的酸来对钛铁矿进行溶样研究，但目前技术还不成熟。尹继先等［22］对攀枝花的难溶钒钛磁铁矿进行微波消解溶样研究，主要采用盐酸及氟化铵对样品进行溶解，结果表明同传统的消解溶样方法相比，该方法需要的能耗更低，仅有传统方法能耗的1％～10％，时间大大缩短，只有传统方法的10％～20％，试剂用量比较少。周晓东等［23］采用常规的微波炉在常压下对钛铁矿进行溶样研究，仍采用硫磷混酸，但摒弃了价格较昂贵、基于微波溶样机理的商品仪器，试验过程中优化了试验方法，取得较好的效果。朱霞萍等［24］建立了ICP－OES快速微波消解溶样方法，该方法除了在溶解过程中加入浓酸外，还加入了金属络合剂，加速了试样的溶解。利用某络合剂A与金属离子的络合能力，借助微波辅助溶解难溶的钒钛磁铁矿，缩短了消解时间，溶样效果好；采用ICP－OES法实现了样品中Fe、Ti、V的同时测定，度堪比分析化学的要求，适合大批量样品的快速测定。微波辅助消解是利用微波产生的热能活化反应分子以促进水和酸等溶样介质在试样表面产生极高的热能，进而导致强烈的对流来不断清除已溶解的但不活泼的试样表明层，使试样与溶解介质的接触面不断更新，加速样品的溶解。因而微波溶样法具有溶样速度快、样品分解、方法简便、能耗少、污染小、适合大批量快速测定等诸多独特的优点。
4结论
微波加热技术因其对矿物选择性加热与高效、环保的优良特性，在含铁矿物分选的加热预处理中具有广阔的发展前景。微波辐射加热能提高铁矿石的破磨效率、改善钛铁矿的浮选和钛铁矿的碳热还原、促进黄铁矿和菱铁矿的焙烧磁化、预处理强化赤铁矿的辅助脱磷、选择性加热改善含铁铝土矿的分选，并可有效提高褐铁矿的脱水、铁精矿烧结处理以及辅助溶样的效果，显示出微波技术对铁矿资源处理的优良特点和性能。微波技术应用于铁矿物的研究还处于发展阶段，需要进行深入的理论研究，开发大型微波设备，以加快应用步伐，提高铁矿资源的综合利用率，减少钢铁行业的原料压力。
热处理论文:热处理工艺对耐腐蚀性能影响
锆合金因其独特的核性质一直被用作核反应堆燃料包壳及堆芯结构材料。研究发现，改善热处理制度能有效提高锆合金的耐腐蚀性能。Thor-valdsson等人提出了将β相淬火后重新加热的温度和时间归一为累计退火参数的概念，认为退火参数值与耐腐蚀性能之间有明显的依赖关系，大于一定值时可以明显改善耐均匀腐蚀性能。累计退火参数增大意味着须提高加热温度和延长加热时间，而提高加热温度和延长加热时间后可以使第2相聚集长大，因而认为第二相大小是影响耐腐蚀性能的主要因素。但也有观点认为，在通过改变热处理温度和保温时间获得大小不同的第2相的同时，αZr中过饱和固溶的Fe、Cr含量也在发生变化，而这才是影响耐腐蚀性能更为重要的因素。Sabol等人在研究Zr－Nb合金的耐腐蚀性能时，认为基体中固溶的Nb元素不能超过其平衡时的浓度，同时βNb第2相粒子应呈细小均匀分布状。本次研究中，主要分析变形热处理对N36锆合金耐腐蚀性能的影响。
1实验过程
1．1试样制备实验选用N36锆合金材料，经2次真空电弧熔炼，其主要化学成分如表1所示。铸锭热锻后在1050℃保温0．5h后进行水淬，再经热轧、冷轧及中间退火等工序制成片状样品。一次冷轧前样品厚度为1mm，此时将样品分成3组，分别在580，780℃下保温3h，在1000℃下保温0．5h，然后快速冷却至室温，再进行一次冷轧;冷轧至0．5mm厚(压下量为50%)，将所有的样品在500℃保温30h后冷却到室温，然后将样品切成尺寸为25mm×20mm的小片。
1．2透射电镜实验本次实验用JEOL－200CX透射电镜观察样品的显微组织，用带EDS的JEOL－2010F场发射高分辨透射电镜分析样品中第2相的成分。开始制备TEM样品时，首先用机械方法将样品厚度从0．5mm减薄至0．1mm以下，然后取出3mm的样品薄片，用双喷电解抛光的方法制备薄试样。选用的电解抛光液为10%HClO4+90%C2H5OH(加液氮冷却)，为了得到清洁的表面，在抛光结束后要迅速转移到无水乙醇中清洗。
1．3高压釜腐蚀实验锆合金作为核燃料的包壳，其中一个重要作用就是将核燃料裂变时释放的热能传递给冷却剂。其内表面在400℃温度下与裂变产物接触，外壁受280～350℃高温高压水的冲刷和腐蚀。研究锆合金耐腐蚀性能时，必须模拟反应堆中的高温高压条件。在此设计高压釜腐蚀实验，所用的高压釜容积为1L，耐压30MPa，配有1．0级量程为40MPa的压力表、排气阀和防爆阀。所用介质为水蒸汽，而且是去离子水。腐蚀介质为400℃、压力10．3MPa水蒸汽，以及350℃、16．8MPa、0．01molL的LiOH水溶液。电子分析天平的测量精度为0．1mg。实验中用测量单位面积腐蚀增重的方法表示腐蚀程度和腐蚀速度。氧化膜厚度与腐蚀增重的关系为:1μm厚度对应腐蚀增重15mgdm2。周期性地对样品称重，以获得不同腐蚀时间的增重。为了表述方便，将以上工艺得到的样品分别标记为580℃样品、780℃样品和1000℃样品。
2结果及讨论
2．1N36锆合金样品的腐蚀增重对比图1为N36锆合金样品的腐蚀增重曲线，分别表示经不同处理的样品在400℃、10．3MPa水蒸气中的腐蚀增重曲线。观察腐蚀开始后的变化:前70d的1000℃样品腐蚀增重略高于其他2种，580℃样品和780℃样品腐蚀程度相当;腐蚀70d之后，780℃样品腐蚀速度加快，580℃样品腐蚀速度变慢;腐蚀310d之后，1000℃样品的腐蚀增重明显高于其他样品，580℃样品腐蚀增重最小。
2．2N36锆合金样品显微组织对比图2是580℃样品的显微组织。可以看到第2相粒子分布很均匀。经高分辨电镜和能谱分析，580℃样品的第2相粒子大致可以分为2类:第1类呈不规则的多边形，尺寸约为100～200nm，Fe元素和Nb元素含量较高，一般称之为Zr－Nb－Fe粒子;第2类形状规则，呈圆形或椭圆形，尺寸约为20～30nm，Nb元素含量很高(接近80%)，Fe元素含量很少甚至不含Fe元素，应该属于βNb粒子。图3所示为780℃样品的显微组织。780℃样品中的第2相粒子呈带状分布，且带状组织的长度和宽度较大，第2相粒子的尺寸也有所增加。EDS分析表明:780℃样品中也存在2种类型的第2相粒子，即Zr－Nb－Fe粒子和βNb粒子。其中Zr－Nb－Fe粒子的形状不规则，尺寸约为50～100nm;βNb粒子形状规则，呈圆形或椭圆形，尺寸约为20～30nm。图4所示是1000℃样品的显微组织。可以看到，它的第2相粒子分布比较均匀，且粒子的大小存在差异，这与580℃样品中第2相粒子的分布类似;同时显微组织中存在带状分布的第2相粒子。因此，可以认为它的第2相粒子的分布规律介于前2种分布规律之间。它的第2相形状和尺寸差异较大，尺寸较大的粒子形状不规则，约为50～200nm，尺寸较小的粒子呈圆形或椭圆形，大小约为20～30nm。EDS分析发现有很多Zr－Nb－Fe粒子，只发现了很少量的βNb粒子。
3结语
(1)热处理制度对N36锆合金的显微组织有很大影响。580℃样品显微组织中第2相粒子分布很均匀，没有发现任何带状组织;780℃样品大部分第2相粒子都呈带状分布;1000℃样品的显微组织中有部分第2相粒子呈带状分布，也有不少第2相粒子均匀分布。(2)第2相粒子的EDS分析结果表明，3种样品中第2相以Zr－Nb－Fe粒子为主，也含少量βNb粒子，且1000℃样品中βNb粒子最少。(3)为期310d的高压釜腐蚀实验表明，580℃样品的耐腐蚀性能好，因为它的显微组织中第2相粒子细小、分布均匀且体积分数较高，而且基体中Nb元素含量在几种样品中低。
作者：耿迅 张倩影 单位：重庆科技学院冶金与材料工程学院
热处理论文:热处理工艺对低碳齿轮钢的影响
带状组织是指出现在热轧低碳结构钢显微组织中，沿轧制方向平行排列、成层状分布、形同条带的铁素体晶粒与珠光体晶粒。根据带状铁素体数量增加，并考虑带状贯穿视场的程度、连续性和变形铁素体晶粒多少的原则确定带状评级。在低碳齿轮钢带状检验过程中，热轧状态钢材中经常出现贝氏体等非平衡态组织，对带状评级造成一定的影响。在这种情况下，对钢材进行适当的热处理以获得的铁素体+珠光体组织，可提高带状评级的性。通过20CrMnTiH、20CrMoH和SAE8620H代表Cr－Mn－Ti系、Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系齿轮钢，研究不同热处理工艺对低碳齿轮钢带状评级的影响，提高了产品的实物质量。
1试验材料和方法
试验钢的化学成分如表1所示，试料均取自80mm热轧圆钢的1/2半径处，试料尺寸为20mm×20mm×20mm。每个样品取4支试样，按照GB/T13299－1991评定其热轧状态、正火状态、退火状态、等温退火状态的带状级别。热处理工艺见图1所示，加热设备为GXJ2－18－12型箱式电阻炉。样品用5%的硝酸酒精溶液腐蚀，在100倍下观察。
2试验结果及分析
2．1热轧状态的带状组织热轧状态下试样的带状组织如图2所示。20CrMnTiH钢组织为铁素体+珠光体，带状评级为2．5级;20CrMoH钢组织为铁素体+珠光体+贝氏体，带状评级为2．5级;SAE8620H钢组织为铁素体+珠光体+贝氏体，带状评级为1．5级。热轧状态下钢材带状组织的形成机理，一般认为是元素偏析造成的。连铸坯在凝固过程中，由于钢中各元素的扩散速度不一样，容易产生枝晶偏析。碳元素容易均匀扩散，而其他合金元素扩散较困难且不容易均匀化，所以一直保持着枝晶偏析的状态。铸坯在进行轧制的时候，粗大的枝晶沿变形方向拉长，并逐渐与变形方向一致，形成碳及合金元素的贫化带与富化带彼此交替堆叠的带状区。在随后的缓冷过程，先在碳及合金元素贫化带形成以铁素体为主的带，而碳及合金元素富化带在其后形成以珠光体为主的带，形成了以铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此交替的带状组织。
2．2正火处理后的带状组织正火状态下试样的带状组织如图3所示。由图3可见正火后的20CrMnTiH钢组织仍为铁素体+珠光体，但铁素体条带更加清晰，带状评级为2．0级;正火后的20CrMoH钢和SAE8620H钢中贝氏体虽然有所减少，但并没用消除，带状评级分别为2．5级和2．0级。
2．3退火处理后的带状组织退火状态下试样的带状组织如图4所示。20CrMnTiH钢组织为铁素体+珠光体，带状评级为3．0级，相比热轧状态和正火状态，铁素体条带宽度明显增加;20CrMoH钢和SAE8620H钢中已没有贝氏体组织，为清晰的铁素体+珠光体条带，带状评级分别为3．5级和2．5级。
2．4等温退火处理后的带状组织等温退火状态下试样的带状组织如图5所示。三个样品均呈现清晰的铁素体+珠光体条带，没有贝氏体等非平衡态组织，20CrMnTiH钢带状评级为2．0级，20CrMoH钢带状评级为3．0级，SAE8620H钢带状评级为2．0级。
2．5结果讨论热处理后钢材带状评级对比见图6。对比不同热处理状态下的带状评级结果，正火处理后的组织与热轧状态组织相似，铁素体条带较热轧状态更加清晰，但不能有效消除试料中的贝氏体等非平衡态组织，评级结果与热轧状态无异。因Ni、Mo等强碳化物形成元素的加入，过冷奥氏体稳定性增大，奥氏体向珠光体的转变孕育期加长，而贝氏体转变的孕育期缩短，C曲线右移的同时形状也发生变化，出现两个鼻子，因此在低冷却速度下也易形成贝氏体组织。所以Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齿轮钢无法通过正火来消除组织中的贝氏体。
退火处理后试料中的贝氏体组织已消除，呈现清晰的铁素体+珠光体条带，但部分样品中铁素体带的宽度明显增加。在GB/T13299－91中并没用将铁素体条带宽度作为带状级别评价准则，但在一些齿轮行业标准中，铁素体条带宽度是带状评级的重要量化指标。从图6中也可以看出，20CrMnTiH、20CrMoH、SAE8620H钢退火后其带状级别均比热轧状态或正火、等温退火处理后的样品要明显偏高一些。等温退火后的组织为清晰的铁素体+珠光体条带，不存在贝氏体等非平衡态组织，其带状评级与热轧状态及正火状态无明显差异。
之所以会出现以上差异，原因在于在热处理加热及保温过程中，奥氏体中的碳元素已经充分扩散，但其中合金元素扩散的速度较慢，因而存在成分的偏析。在冷却过程中，先共析铁素体在A3温度较高的负偏析区域首先形核，而碳元素则被排挤到临近的A3温度较低的区域，形成了碳元素的重新分布与浓度的起伏。在退火处理时，冷却速度慢，试料在先共析铁素体转变区域停留的时间过长，先共析铁素体得以充分的析出长大，形成较为严重的带状组织。而正火及等温退火处理时，先共析铁素体转变区的冷却速度很快，抑制了先共析铁素体的析出，铁素体条带不明显，带状评级较低。
3结论
1)不同热处理状态下的低碳齿轮钢带状组织存在明显差异。2)正火处理后的样品与热轧状态下的组织相似，但铁素体条带更加清晰;退火处理和等温退火处理可以有效消除Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齿轮钢中的贝氏体等非平衡态组织。3)正火处理及等温退火处理后的样品与热轧状态相比带状评级无明显差别，退火处理后的样品带状评级较热轧状态偏高。4)不易产生贝氏体组织的Cr－Mn－Ti系低碳齿轮钢，可以在热轧状态或正火处理后进行带状评级;Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齿轮钢，应进行退火或等温退火处理消除贝氏体等非平衡态组织后再进行带状评级。
作者：任琪 崔长安 程文华 单位：特钢事业部
热处理论文:汽车变速箱齿轮的热处理工艺研究
摘要：
变速箱齿轮热处理工艺一般以渗碳淬火为主，该工艺中有许多影响热处理变形的因素，如油温、渗碳温度、渗碳时间和淬火温度等。采用正交试验方法合理安排试验方案，对试验数据进行统计分析，选出的渗碳淬火工艺参数，效果良好，变形稳定。通过试验比较了不同热处理设备对变形的影响规律，找到不同设备对变形的影响差异。
关键词：
变速箱齿轮；热处理工艺；正交试验；变形
变速箱是汽车的核心部件之一，是主要的受力单元。对于重型汽车，常常处于恶劣的工作环境下，其变速箱往往受到更加频繁的冲击。经过数据统计和分析发现，接触疲劳损伤和弯曲疲劳断裂是重型汽车变速箱齿轮失效的主要形式[1,2]。因此对重型汽车变速箱的力学性能要求非常高，如需具有高冲击性能、高强度、高耐磨性等。为了提高力学性能，一般对其进行以渗碳淬火为主的热处理[3]。对于齿轮制造，影响其变形的因素很多很复杂，热处理变形是其中的难点之一[4]，控制和稳定热处理变形非常重要。
1热处理工艺参数对变形的影响
1.1实验材料与方法在现代机械制造工业，尤其是汽车工业中，渗碳淬火工艺被广泛应用[5]。发动机齿轮主要采用箱式渗碳炉，变速箱零件主要采用连续式渗碳生产线。图1连续式渗碳炉和箱式渗碳炉渗碳淬火工艺曲线。图2为某变速箱主轴齿轮结构示意图。齿轮材料为8620H，化学成分见表1。该材料韧性好，淬透性较20CrMnTi稍差，适用于生产重载齿轮[6]。试验采取正交试验方法，期望以最少的试验次数获得工艺方案。选取3个因素来分析齿轮的热处理变形，包括渗碳温度、淬火保持温度和淬火介质温度。全部采用挂装的装夹方式，每个因素取3个水平。表2为正交试验因素水平表。综合考虑，试验选择在日本东方炉上进行。试验方案按照L9（34）正交表安排，具体方案如表3，每次试验随机抽取10件进行检验，可知，经过优化设计后，大大减少了实验次数，节省了人力物力，提高了效率。
1.2实验结果及分析对9组试验的数据进行整理，得到平均变动量和波动量如表4所示。图3和图4分别为内花键变动和齿轮M值变动柱形图。可以看出，对于内花键变形较小且波动较规律的为试验3、试验5和试验7。对于齿轮变形小且波动较规律的为试验4和试验5。综合考虑以上两种因素，与其他方案相比，试验5更优。总体来说，淬火温度越低变形波动越小，为提高热处理生产效率，不宜选择太低的渗碳温度。为进一步分析淬火温度和渗碳温度对变形的影响，还将淬火温度统一选择为80℃，安排试验如表5所示。综合以上4次试验结果与试验5的结果，再进行整理得到渗碳温度影响和淬火温度影响变形柱状图5和图6。可以看出，内花键的收缩量随着渗碳温度的提高由0.11mm减小到0.10mm，齿轮M值膨胀量和变动量随渗碳温度的提高分别由0.12mm和0.02mm增大到0.14mm和0.03mm。零件的膨胀量随渗碳温度的提高而逐渐增大。内花键的收缩量随着淬火温度的升高逐渐减小，由0.12mm减小到0.10mm。齿轮M值膨胀量随着淬火温度的升高，由0.11mm增大到0.14mm，变动量随淬火温度的升高增大了0.03mm。对于变形，淬火和渗碳温度的影响是一致的，为控制尺寸变动，不应选择过高的渗碳和淬火温度综合考虑上面的试验结果，工艺参数为：淬火油温80℃、淬火温度840℃、渗碳温度920℃。
2热处理设备对变形的影响
2.1实验方法通过前面13组试验基本选定了热处理工艺参数，下面还对不同热处理设备对变形的影响进行分析，公司主要热处理生产线包括：UBE-600日本东方箱式渗碳炉、IPSEN多用箱式渗碳炉和连续式渗碳生产线等。保持工艺不变，在连续式渗碳生产线和IPSEN多用箱式渗碳炉进行对比试验，试验方案如表5。
2.2实验结果与分析图7为不同设备内花键变形柱状图。图8为不同设备内齿轮变形柱状图。可以看出，IPSEN箱式渗碳炉的变动量没有预热的情况下要比预热的情况下大，造成该差别的原因主要是装炉量大，导热容量因零件总量的增加而增大，由于零件在加热时所处的位置不同，受热情况也不一样，内部零件升温较慢，外围靠近辐射管的零件受热较早，因此产生温度差异，温差导致热应力不同，从而变形量在淬火时也就不同。预热后，零件温差较小，能减小变形。因为有预热过程，连续渗碳炉和IPSEN箱式渗碳炉的变动持平，但是内花键的收缩量因膨胀量较大而有所减小。由于连续炉除预热外，还经过两次加热过程，加热温度分别为890℃和910℃，这使得零件在整个加热过程中在炉内高温停留时间过长，导致零件的膨胀量增大，最终变形量增大。
3结论
（1）变形受淬火介质温度的影响较大，变形在高油温低冷却速度下较温和，在低油温高冷却速度下较剧烈；应合理选择冷却速度以获得更好的金相组织。（2）零件膨胀量随渗碳温度和淬火温度的升高而增大，且变形越不规则；渗碳温度决定渗碳速度，太低的渗碳温度影响生产效率。（3）对于较大尺寸零件，进行预热能使渗碳均匀度和变形稳定性得到显著改善，预热能一定程度减小热处理变形。（4）对于不同的热处理设备，热处理变形取决于作用时间，涨量变形随加热时间的增加而变大。
作者：杨玲玲 李宇 潘杰花 单位：柳州铁道职业技术学院 汽车技术学院 广西大学 材料科学与工程学院 上汽通用五菱汽车股份有限公司
热处理论文:热处理对镍基碳化钨涂层的影响
《中国表面工程杂志》2015年第六期
摘要：
为了进一步挖掘镍基碳化钨涂层的潜能，在40Cr基材上利用火焰喷涂制备Ni60＋35％WC复合涂层并对涂层进行感应重熔及热处理，利用扫描电镜（SEM）、显微硬度计和摩擦磨损试验机分析测定了涂层的显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明，感应重熔使涂层与基材形成良好的冶金结合，涂层致密，硬度、耐磨性显著优于基材。经淬火及回火后，涂层硬度有所提高。850℃淬火，400℃回火的涂层硬度较高，达到866HV0．1，耐磨性也好，磨损量仅为基材的43％。
关键词：
火焰喷涂；感应重熔；镍基涂层；耐磨性；显微硬度
镍基自熔性合金由于其良好的耐磨耐蚀性、抗氧化性和优良的工艺性，被广泛地应用于材料表面防护和强化领域［12］。WC由于其耐磨性好、硬度高、塑性好并与镍基合金相互润湿，结合强度好，被广泛用作热喷涂镍基合金的增强相，目前常在镍基自熔性合金中加入微米级的碳化钨粉末，以获得耐磨效果较为理想的金属陶瓷复合涂层［35］。火焰喷涂制得的涂层因孔洞多、与基材结合强度低等缺点，常需进行重熔。感应重熔易控制、加热频率高、涂层能迅速熔化，且对基材热影响小，得到广泛的应用［67］。但感应重熔是典型的高温快冷过程，类似于淬火，涂层的组织、应力状态等是不稳定的。热处理能够改善热喷涂涂层的组织和性能，张发云等［8］人采用电弧喷涂技术在低碳钢Q235基体上制备了铁基TiC复合涂层并进行热处理，得出500～700℃热处理能够改善涂层的耐磨性；王立生等［9］的试验表明热处理提高了镍基合金涂层的硬度和界面结合强度；洪永昌等［10］的试验则显示热处理使得镍基合金喷焊层硬度得到了提高。目前对热喷涂镍基碳化钨涂层进行热处理的研究较少，且重点在于对重熔后的涂层直接进行回火。文中对火焰喷涂在40Cr基体上制备的镍基碳化钨复合涂层进行感应重熔，又进行了淬火和回火处理，对涂层的组织和性能进行了初步的研究，以期为进一步的研究提供依据。
1材料与方法
1．1试验材料试验用基材为退火态40Cr，尺寸Φ30mm×10mm。涂层材料选用市售Ni60＋WC35粉末，粒度为80～106μm（－150～＋320目），其中Ni60质量分数为65％，WC质量分数为35％。
1．2试验方法40Cr基材试样经净化和喷砂处理后，采用上海大豪瑞法喷涂机械有限公司生产的粉末火焰喷涂枪进行喷涂。氧气压力0．4～0．5MPa，乙炔压力0．07～0．08MPa，喷嘴距试样表面约200mm，喷涂枪与试样的角度约90°，试样预热温度100～200℃。喷涂过程中尽量保持试样表面涂层厚度均匀，获得涂层厚度0．7～1．0mm。利用JQ25KW型高频感应炉对喷涂完毕的试样进行感应重熔，设备功率为25kW，输入电压380V，频率50～60Hz，感应线圈为3匝，直径40mm。随后部分试样进行淬火并回火，淬火温度850℃，保温10min后油冷，回火温度分别为200、400、600℃，保温2h。试样利用线切割制备成小块金相试样和磨损试样，经镶嵌、预磨和抛光后，进行组织观察和性能测试：利用HXS1000A型显微硬度计测量涂层到基体的截面硬度，载荷100g，保压15s；利用带有OXFORD能谱仪的Quanta250型环境扫描电镜进行涂层截面组织形貌观察及元素线分布分析；利用HSR2M型高速往复摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，对磨球材料为GCr15，直径10mm，硬度约61HRC，加载载荷50N，运行速度200cycle／min，试验时间30min。磨损前后，试样用丙酮、乙醇清洗吹干，用精度为0．1mg的天平进行称量，采用失重法并观察磨损形貌评价涂层的耐磨性。
2结果与分析
2．1涂层的显微硬度图1为涂层试样从表面到基体的显微硬度分布图，图中折线每个节点均为相同层深5个测试点的平均值。由图可见，涂层截面的硬度随距表面距离的增大先上升后下降，仅经感应重熔的涂层截面硬度低，其平均值为806HV0．1，感应重熔后又经淬火，200、400、600℃回火的涂层截面硬度平均值分别为825、866、843HV0．1，400℃回火的涂层截面硬度平均值较大，较热处理前提高约60HV0．1。分析认为涂层粉末中存在C、Cr、B、Si等元素及WC，重熔时温度较高，合金元素一方面溶解进入固溶体起到强化作用，形成以γNi固溶体为基体，WC颗粒为增强相的复合喷焊层；另一方面在冷却过程中C、Cr、B等合金元素形成一些细小的硬质相，如Cr3C2、B4C、Cr7C3等，这些硬质相弥散在固溶体间起到强化作用，因此Ni基WC复合涂层有较高的硬度［1112］。涂层表面因质量较差，组织疏松而硬度较低。在淬火和回火过程中，合金元素充分扩散，大量碳化物、硼化物析出，并有新的硬质相产生，同时由于涂层合金中Cr、Si、C等元素含量较高，促使涂层产生了二次硬化现象，涂层得到了进一步的强化，因而热处理后涂层的硬度又得到了提高［13］。而温度过高则会发生涂层晶粒的长大和硬质粒子的聚集、长大，使得涂层硬度下降。
2．2涂层的组织形貌图2是涂层经感应重熔及淬火并400℃回火后截面的扫描电镜（SEM）照片。从图2（a）可见，涂层经感应重熔后，组织致密，其中的孔洞、杂质较少，涂层和基体界面处无机械嵌合而产生了过渡带，形成了冶金结合，涂层中出现了呈多边形的白亮颗粒。图2（b）显示经过850℃淬火及400℃、2h回火后，涂层变得更加致密平整，孔洞更少，涂层与基体间的过渡带平滑且变宽，部分白亮颗粒在原来的块状周围出现了须状。图3是感应重熔的涂层与基体界面处的元素线分布。由图可见，感应重熔使涂层和基材界面处发生了元素互扩散，即基材中的Fe、C元素向涂层扩散，而涂层中的Ni、Cr、W元素向基材扩散，互扩散使界面处形成了冶金结合，还形成了富碳区，降低了界面两侧材料的性能差异，提高了涂层与基体的结合强度［12］。由元素线分布特征结合粉末成分可知感应重熔涂层中存在的白亮块状物为WC，WC颗粒与涂层形成良好的结合且在局部分布较多。这是由于镍基自熔性合金熔点较低，在重熔过程中，涂层及基体表面浅层熔化，液态合金和40Cr基体相互渗透、扩散，凝固后涂层形成致密组织且与基体形成冶金结合。WC颗粒因熔点高而未熔，仅少量发生分解与氧化，故保持原有的形状。同时可能由于WC比重大、易团聚以及喷涂粉末不均匀造成涂层局部WC较多的现象。由于高温过程促进元素扩散和WC的分解，因而经过淬火和回火的热处理后，涂层与基体之间元素的互扩散距离有所增大。部分WC发生了分解、氧化或与镍基合金中的元素发生了反应，故呈现须状。
2．3涂层的摩擦磨损性能对40Cr基体、重熔的涂层和重熔后淬火并400℃回火的涂层进行摩擦磨损对比。带涂层的试样先预磨10min，以减少表面疏松层对结果的影响。经两次摩擦磨损试验后，3种试样的平均磨损量见图4。由图4可见，40Cr试样的磨损量较大，感应重熔涂层的磨损量为40Cr的54％，热处理后的涂层磨损量仅为40Cr的43％，有涂层的试样耐磨性大幅提高。图5为试样磨损后的表面形貌。从中可以更直观地看出试样表面摩擦磨损性能的优劣。图5（a）中，40Cr表面的划痕深且宽，平直而连续，表面有明显被外物挤压的痕迹。图5（b）（c）中，涂层表面疏松层磨掉后，致密部分的划痕浅、窄而不连续，表面无外物明显压入的痕迹。这是由于40Cr硬度低，外来磨粒容易压入表面，对其进行挤压，留下深的犁沟。而镍基WC复合涂层中WC和其他硬质相的弥散强化和元素的固溶强化作用，使得涂层具有较高的硬度，磨粒嵌入表面的深度小，部分磨粒在涂层表面滚动，不能对涂层进行犁削，总体减弱了犁沟效应，减少了对涂层的磨损。即使有部分磨粒切入涂层基体，犁削作用也会在WC等硬质颗粒处中断，同时部分磨粒在犁削过程中被压碎或磨损，大大减弱其对涂层的犁削能力，进而减弱了对涂层的磨损［5，14］。涂层中镍基合金起基体和支撑作用，其中分布的WC和其他硬质相成为承载磨损的主体，这些硬质相能够有效地阻碍磨粒对涂层的犁削作用，大大提高涂层的耐磨性。图5（c）中涂层的划痕较图5（b）中划痕浅而窄，划痕的连续性更差。分析认为，经淬火和400℃回火后，一方面涂层组织得到改善，残余应力减少，利于涂层抵抗疲劳破坏；另一方面涂层中析出了更多的碳化物和硼化物，且在涂层中均匀分布，同时产生二次硬化，提高了涂层的硬度，抵抗挤压和微观切削的能力增强，利于磨损失重的下降［13］。热处理后，涂层中硬质相的增多且分布均匀，提高了涂层的硬度及硬度均匀性，在摩擦磨损过程中，硬质点更有效地阻止了对涂层的犁削作用，进而使得涂层具有更好的耐磨性。
3结论
（1）火焰喷涂WC增强Ni60复合涂层经感应重熔，涂层组织致密，与基体形成良好的冶金结合。由于合金元素的固溶强化及WC等硬质相的弥散强化作用，涂层具有较高的硬度和良好的耐磨性。（2）感应重熔的涂层经850℃淬火和回火后，硬质相增多，涂层硬度提高，且经400℃、2h回火的涂层硬度较高，其耐磨性也优于感应重熔后的涂层。
热处理论文:金属材料与热处理课程改革分析
一、金属材料与热处理课程的教学问题
金属材料与热处理是机械专业的基础课程，主要内容包括金属材料、组织、性能和热处理方法等，通过本课程的学习，学生应掌握金属的性能特征、热处理工艺的正确选择等知识和技能。对于高职机械专业中金属材料与热处理这门课程，大多数教师都倍感头痛。由于这门课的内容比较枯燥，有些院校的实验条件又不能满足教学需要，再加上学生没有充分认识到这门课程的重要性，导致该课程的教学效果始终难以达到预期标准。并且这门课内容宽泛、涉及面广，由于其中含有大量叙述性文字，而逻辑性却不强，以至于学生不易将其内容梳理和掌握，从而产生了厌学情绪、致使教师授课困难的问题产生。教师要转变观念，采用适合新时期高职学生的教学方法。教学观念的转变必然导致教学方法手段的革新。教育工作者的目的不单单是为了让学生掌握知识，还要使学生获得智力的发展、能力的培养，以及素质的提高。教无定法，学要得法。教师要采取不拘一格的教学方法，去挖掘学生的潜在意识，培养兴趣，开发智力，寓教于乐。
二、课程改革模式
以兴趣的情景激励学生学习情绪。兴趣是理解情感和表达的需要，是激发学生学习过程中具活力的部分，是好的老师。学好一门课的前提便是对这门课抱有兴趣，这样才有学习的动力。很多学生学不好的原因就在于缺乏学习兴趣，体会不到这门课的乐趣所在。所以注重对学生学习兴趣的培养是教师应注意的一大问题。培养学生良好的学习兴趣，并能够可持续发展，对端正学生学习专业课程的态度尤为重要。因为在高、初中教育，乃至小学教育都是“填鸭式”教学，绝大多数学生已经厌烦了这种教育模式，都希望能够升到高职院校之后得到放松。很多学生不是不想学习，而是因为缺乏了学习的兴趣，缺少了学习的动力，随着时间的推移，甚至达到了疲倦的程度。因此，作为教师，在教学的过程中，就应该通过多方面、多层次和多元化的教学手段来实施教学，以至于让学生对学习产生兴趣，保持并发展这种有益的状态，才能使课程教学状况真正得到改善。
三、课程改革手段
1．列举实例，吸引学生注意力教师只有熟悉学生感兴趣的相关主题内容，才能教师在课堂上针对学生的状态灵活地讲授，使教授的内容贴近学生的生活，让学生产生熟悉的亲切感，以引起学生的注意，并进一步激发学生对学习内容更深层次的好奇心和学习动机。例如，在讲解金属的材料部分时认为，概念不应该被复制，而是应该强调知识概念的焦点，因而引导学生，列出一些生活中常常遇到的实物例子。例如“金项链是黄金做的”“用铝做成的易拉罐”“车床床身是铸铁做的”“铜线做成的电线和电机”等。因为这些东西都是学生能够看到，甚至是能够使用得到的，已经有了一定程度的认知，所以，在讲授金属的性能时，很多同学就可以很快地理解和接受了。列举实例的教学方法虽然简单，但却能立刻贴近学生的实际生活，快速引起学生的注意，以达到良好的教学效果。这同时也要求教师在教学过程中应多注意观察生活，收集材料，以在教学中使用。
2．设置悬念，激发学生探究精神“金属材料的力学性能”是教学的重要组成部分，但内容很抽象，如果直接讲授，很难引起学生的学习兴趣，也不利于学生的理解和接受，所以，在讲述到一个新的知识点后，再继续深入研究的时候，突然中断讲解，改换另一个话题，作为铺垫。这时候，同学们就会有很大的反应“接下来会是怎么样了？”这时，让大家先思考一下：“你觉得接下来应该会产生怎么样的效果呢？先动动脑筋思考一下，然后再一起来揭晓答案。”这样给学生留下一个悬念，让学生先自行地深入思考，也可以激发学生继续学习的兴趣。
3．换位教学，提升学生学习兴趣就是把金属材料与热处理这门课当做别的课程，以不同的讲课方式来进行。例如在铁碳合金相图这一章节时，就不再以金属材料与热处理的上课方式来讲授了。因为学习相图之前，大家已经接受了很多枯燥的概念理论知识，再这样讲下去，学生肯定不会容易接受，而且会越听越乱。这时，就可以告诉大家：“好了！同学们，既然我们现在对铁碳合金相图的基本相已经有了一个大概了解，那现在就让我们来放松一下，换一个题目来说，让我们上一次美术课吧。”这时，就可以用生动的语言来把相图做一个比方，用美术的方式来把相图描述出来，让大家亲手画出来。等大家把它画出来之后，才知道原来我们画的就是铁碳合金相图。这样大家对相图的理解就会更加深刻了。
4．合作学习，增强团结协作意识传统的教学，缺少锻炼学生独立思考和探索的能力的手段，学生学习专业知识的能力很难得到改善。采用小组合作学习：一方面，不仅可以解决上述问题，同时，也提高了学生之间的协调能力和沟通能力，大大提高了学生之间的友谊和班内的团结；另一方面，学生单独学习不容易找到自己的缺点，不容易解决疑难问题，不能有效提高学习效率，学生采用小组学习，共同讨论研究，可以相互学习彼此的长处和优点，纠正自己的缺点和不足。
5．指导学习，促进学生兴趣发展教师的指导方向起到至关重要的作用，适合学生的教育方式不但可以引发学生的学习兴趣，甚至对学生的一生都起到十分重大的影响。教师在教学过程中应教给学生有效的学习方法，而不是一味地讲解知识。所谓“授人以鱼不如授之以渔”，最重要的是教会学生学习的方法，引导学生自己去探索，激发学生的学习兴趣。通过对学习方法的指导，主动去辨别理解，将死知识化为活例子，培养学生学习的能力和学习的主动性。
作者：高峰 单位：辽宁工程职业学院
热处理论文:金属材料与热处理课程改革
由于金属材料与热处理课程内容存在涉及面广，专业术语多，概念多且缺乏逻辑性，难理解，难记忆，学生感到抽象难懂，枯燥无味，找不到学习重点等特点，教学难度较大．为此，就该课程的特点，总结了一些行之有效的教学方法．
1课堂教学的改革
1.1直观教学直观教学即利用可视物体进行直观演示，把抽象问题具体化、可视化，便于理解掌握．不同内容则采用不同的直观教学手段．如在讲解变形可分为弹性变形和塑性变形时，可以用一个橡皮筋来演示弹性变形的结果，用橡皮泥来演示塑性变形的结果．在讲金属的结晶与结构时，晶胞、晶体及合金的组织构造都采用模具来讲解，这样非常逼真，并能清楚地根据合金的组织构造模型分析铁碳合金组织中的铁素体——奥氏体——渗碳体的含碳量逐渐增多的原因，以及力学性能不同的原因．学习钢的牌号及用途时，就把准备好的各种小零件带到课堂上，说明它们的名称、用途及用钢的牌号，记忆很深刻．
1.2多媒体教学随着现代计算机网络技术的发展，运用多媒体手段扩充教学容量成为一种新的教学方法．多媒体教学具有信息容量大、形象直观和容易接受的特点．教学中选择大量和教学内容紧密相连的图片，如微观结构、钢的加热及冷却的转变原理以及二元合金相图等章节，把抽象的知识点通过生动的图片传达出来，使学生的记忆升华，理解深刻且过目不忘．对于一些不能用图片表达的知识点可以通过三维动画演示或视频等方法来克服，如合金的凝固与扩散过程及钢的加热与冷却过程等，这样可以把抽象的过程生动形象地展示给学生．尤其是对工厂中生产和加工设备工作过程及具体的工艺操作，通过视频展示可以大大激发学生的兴趣，使学生熟悉工厂里的生产设备和具体的工艺操作，弥补了传统理论教学的不足．
1.3举例和类比法教学举例法和类比法是教学中常见而又有效的方法之一，通过举一些贴近学生生活和经验的实例，使学生对教学内容产生亲切、熟悉的感觉，吸引学生的注意力．
1.3.1举例教学如讲解液态金属的结晶过程，即原子由不规则排列的液态逐步过渡到规则排列的固态过程，听起来感觉很抽象，因此可以采用举例教学法来解释．上课了大家都在自己的位置上坐得很整齐，每名学生相当于原子，这时相当于固态金属；下课了，学生在教室走动，教室杂乱无章，这时相当于液态金属，那么液态金属的结晶就相当于上课铃声，铃一响，学生都回到自己的座位上坐好，这个过程就叫结晶，也就是原子由不规则排列的液态逐步过渡到规则排列的同态的过程．还有晶体缺陷、晶格等一些概念都可以举一些通俗易懂的例子来解释．
1.3.2类比法教学如固溶体的概念，书上的定义是“一种组元的原子溶入到另一种组元的晶格中所形成的均匀固相”．这样的解释很难让学生理解，因此可以采用类比的方法来解释，即先用大家都知道的溶液、溶质和溶剂的概念做知识铺垫，然后再解释：在液态时，一种组元溶解到另一种组元中形成溶液，在凝固时，它们将共同组成一种晶格，这种晶格与其中的一种组元相同，晶格上有各种组元的原子，这种在固态下溶解有其它元素的组织叫做固溶体，或称固体溶液，而与固溶体晶格相同的组元叫溶剂，其它组元叫溶质．然后再以铁、碳两种组元为例说明，这样不仅使学生明白了固溶体的形成，还使学生理解了固溶体的概念，学生思路清晰，将复杂的概念简单化，收到良好的教学效果．
1.4结合科研项目启发学生的科研思维在教学中结合教师的相关课题，把学和研有机联系起来，可以很好地启发学生把所学的理论知识运用到实际的科研课题中，从而培养学生的科研思维和科研能力．如在讲导热系数对合金凝固的影响时，结合国家自然科学基金项目“铜电积用Pb-Sn-Re合金阳极性能影响研究”，由于铅基中加入了合金元素Sn，Sn由于能跟热空气反应生成较低传热系数的锡膜（SnO2），导致铅合金在浇注时凝固时间变长，表现出良好的流动性，从而提高铅合金的铸造性能和机械性能．在讲到温度对晶粒长大的影响时，结合省教育厅课题“铜冶炼渣中铁橄榄石、无定形玻璃体解离及其资源化机理研究”，冷却温度包括缓冷、水淬及空气中自然冷却对铜、冰铜晶粒的影响，缓冷有利于晶粒长大，有利于后续浮选回收．
2实践教学改革
实验教学是训练操作技能、培养创新意识的重要途径，可以有效培养学生的基本实验操作技能，以及分析问题和解决问题的能力．
2.1改革实验内容结合多年实验教学的改革和探索，将实验课程内容分为基础性实验（如金相实验、热处理实验和硬度测试实验等）、综合性实验（将单一的基础实验整合到一个实验中，也称“大实验”）和科研性实验（结合教师的科研项目进行的研究性实验）．从而形成由基础到综合，从接受知识到综合能力培养逐级提高的实验教学课程新体系．
2.2优化实验教学形式由于学生人数多，实验设备数量有限，很多实验只能看指导教师演示操作，学生没有动手实践的机会，所以很多学生认为做实验是看实验，甚至是凑热闹，无法对实验基本原理更深层次地理解，缺乏必要的从事科学研究和工程实践的能力．经优化后把以前的演示实验改为以学生实践操作为主．如铝金的熔铸实验，把以前按班级为单位分组改为5人一组，自愿组合，实验中学生轮流操作，教师指导．这样每个学生都能参与实验，并在实验教学中引入企业生产中的“竞争与合作机制”，完成质量高的小组最终实验成绩要高，这样学生参与实验的积极主动性立刻得到提高，从而切实达到实验目的．
2.3增设综合性、设计性实验综合性和设计性实验不仅可以把学生做过的实验及学过的理论知识贯穿起来，对所学知识有效的巩固，还可以有效地激发学生的参与兴趣，提高学生分析问题和解决问题的能力．如在进行金属组织观察实验时，如果只是单纯地利用显微镜观察不同的金属组织，学生往往觉得很枯燥，不愿积极参与，必须对实验内容进行调整．将材料加工企业实际热处理后的一些报废、过热和过烧零件与正常零件比较，让学生先进行性能检测，再观察金相组织，用所学理论加以解释．为了完成这些工作，必需查阅大量的文献资料或与教师进行充分讨论，这样学生的参与兴趣就得到了很大的提高，且对实际零件的不同处理状态有了更深刻的认识．金属材料和热处理课程的教学中，教师应灵活运用教学方法，把学生的学习兴趣、学习积极性和主动性调动起来，多给学生独立实践的机会，让学生自己思考问题和解决问题，最终共同提高教学质量．
作者：朱茂兰 胡志彪 童长青 单位：龙岩学院化学与材料学院
